Диборид титана (TiB 2 ) представляет собой чрезвычайно твердую керамику, обладающую превосходной теплопроводностью, устойчивостью к окислению и износостойкостью . TiB 2 также является хорошим электрическим проводником [1] , поэтому его можно использовать в качестве катодного материала при выплавке алюминия , а также придавать ему форму с помощью электроэрозионной обработки .
TiB 2 имеет некоторые общие свойства с карбидом бора и карбидом титана , но многие из его свойств превосходят свойства B 4 C и TiC: [2]
Что касается химической стабильности, TiB 2 более стабилен при контакте с чистым железом, чем карбид вольфрама или нитрид кремния . [2]
TiB 2 устойчив к окислению на воздухе при температуре до 1100 °С [2] и к соляной и плавиковой кислотам, но реагирует со щелочами , азотной и серной кислотами .
TiB 2 не встречается в природе в природе. Порошок диборида титана можно получить различными высокотемпературными методами, такими как прямые реакции титана или его оксидов/гидридов с элементарным бором при температуре выше 1000 ° C, карботермическое восстановление термитной реакцией оксида титана и оксида бора или водорода. восстановление галогенидов бора в присутствии металла или его галогенидов. Среди различных способов синтеза были разработаны электрохимический синтез и реакции твердого тела для получения более мелкого диборида титана в больших количествах. Примером твердофазной реакции является боротермическое восстановление, которое можно проиллюстрировать следующими реакциями:
(1) 2 TiO 2 + B 4 C + 3C → 2 TiB 2 + 4 CO
(2) TiO 2 + 3NaBH 4 → TiB 2 + 2Na (г,ж) + NaBO 2 + 6H 2(г) [3]
Однако первый путь синтеза (1) не позволяет производить наноразмерные порошки. Нанокристаллический (5–100 нм) TiB 2 синтезировали по реакции (2) или по следующим методикам:
Многие применения TiB 2 сдерживаются экономическими факторами, в частности, затратами на уплотнение материала с высокой температурой плавления - температура плавления составляет около 2970 °C, а благодаря слою диоксида титана, который образуется на поверхности частиц порошка , он очень устойчив к спеканию . Добавка около 10% нитрида кремния облегчает спекание [9] , хотя было продемонстрировано и без нитрида кремния спекание. [1]
Тонкие пленки TiB 2 могут быть изготовлены несколькими способами. Гальванопокрытие слоев TiB 2 обладает двумя основными преимуществами по сравнению с физическим осаждением из паровой фазы или химическим осаждением из паровой фазы : скорость роста слоя в 200 раз выше (до 5 мкм/с) и существенно уменьшаются неудобства при покрытии изделий сложной формы.
Текущее использование TiB 2, по-видимому, ограничено специализированными применениями в таких областях, как ударопрочная броня , режущие инструменты , тигли , поглотители нейтронов и износостойкие покрытия.
TiB 2 широко используется в испарительных лодочках для нанесения парового покрытия на алюминий . Это привлекательный материал для алюминиевой промышленности в качестве модификатора для измельчения зерна при литье алюминиевых сплавов из-за его смачиваемости, низкой растворимости в расплавленном алюминии и хорошей электропроводности.
Тонкие пленки TiB 2 можно использовать для обеспечения устойчивости к износу и коррозии дешевой и/или прочной подложки.