| 文档介绍：二硼化钛二硼化钛二硼化钛物理和化学性质: 二硼化钛物理和化学性质: 二硼化钛二硼化钛(TiB2) (TiB2) 由由 31.12 31.12 %的%的 B B及及 68.88 68.88 %的%的 Ti Ti 组成,所合成的粉末组成,所合成的粉末颜色呈灰色或黑色颜色呈灰色或黑色,烧,烧结成型的部件呈金属灰色。二硼化钛具有良结成型的部件呈金属灰色。二硼化钛具有良好的导电及导热性能,有与纯铁和白金相近好的导电及导热性能,有与纯铁和白金相近的导电率。的导电率。熔点: 熔点: 3000 3000 ℃℃左右, 左右, 密度: 密度: 4.52g 4.52g · · cm-3 cm-3 , , 硬度硬度 2800-3400Kg 2800-3400Kg · · m-2 m-2 (显微硬度(显微硬度 34Gpa 34Gpa ), ), 室温下它的电阻率: 室温下它的电阻率: 14.4 14.4 × × 10-6 10-6 · · cm cm , , 热导率: 热导率: 25W 25W · · m-1 m-1 · · K-1 K-1 。。二硼化钛(TiB 2 ) 是硼和钛最稳定的化合物,分子量为 69.54 ,为 C 32型结构,以其价键形式结合,属六方晶系的准金属化合物。其完整晶体的结构参数为: a为 0.3028nm ,C为 0.3228nm 。晶体结构中的硼原子面和钛原子面交替出现构成二维网状结构,其中的 B与另外 3 个B以共价键相结合,多余的一个电子形成大π键。这种类似于石墨的硼原子层状结构和 Ti外层电子决定了 TiB 2具有良好的导电性和金属光泽,而硼原子面和钛原子面之间 Ti-B 键决定了这种材料的高硬度和脆性的特点。在空气中抗氧化温度可达 1100 ℃左右,在 HCl 和 HF 酸中稳定,但会被强碱分解。 TiB 2和H 2 SO 4反应,易熔于 HNO 3 +H 2 SO 4及 HNO 3 +H 2O 2溶液中。二硼化钛的制备二硼化钛的制备二硼化钛二硼化钛(TiB (TiB 2 2) )的制备有多种工艺, 的制备有多种工艺, 现归纳现归纳如下: 如下: 1. 1.直接合成法直接合成法, ,反应式反应式 Ti+2B=TiB Ti+2B=TiB 2 2将将 Ti Ti粉和粉和 B B粉放在高温反应器中直接粉放在高温反应器中直接化合生成二硼化钛。此法的反应温度化合生成二硼化钛。此法的反应温度 2000 2000 ℃℃以上,原料价格高,工艺不易控制, 以上,原料价格高,工艺不易控制, 反应不完全,所生成的反应不完全,所生成的 TiB TiB 2 2纯度低纯度低,易生成,易生成 TiB TiB 、、 Ti Ti 2 2B B等其它化合物。等其它化合物。 2.硼热法, 反应式 TiO 2 +4B=TiB 2 +B 2O 2 实验用 TiO 2(纯度高于 99 %,锐钛矿结构, 颗粒尺寸为 0.2-0.3 μm和非品(92 %,颗粒尺寸为 0.2-0.3 μ m) 作原料。在球磨机中的掺入比为 Ti :B=l:4 ,球与粉末的重量比为 40:1 ,球磨过程是在真空下完成。反应温度不超过 1100 ℃。 3.熔融电解法,钛的氧化物与碱(或碱土)金属硼酸盐和***酸盐在熔融电解的条件下生成二硼化钛。 4.辅助浸金属法,反应式 Ti+2B+Al=TiB 2 +Al (或 Cu 、 Sn 等) 5.碳热法,( 1).碳热还原法,反应式 2TiO 2 +5C+B 2O 3 =2TiB 2 +5CO ↑按比例 8∶ 8.4 ∶ 6 分别称取 TiO 2、 B 2O 3和C,,然后把料放入混料罐中,再放入几粒硬质合金球,在滚筒机上进行混料。混料时间为 24 小时。称取 30 克左右混好的料,在不加黏结剂的条件下,将料放入模具中在压力机上压制成试样。压强为 60MPa , 加压时间为 5分钟。试样的烧结在碳管炉中进行,所用的坩埚为石墨坩埚,炉内用氩气进行保护。 1.碳热还原法生成的 TiB 2反应起始温度理论计算为 1307 ℃,但通过实验我们在 1450 ℃时发现 TiB2 的生成,比理论计算值高出 143 ℃。 2. TiO2 的还原是分步进行的,还原产物依次是 Ti3O5 、 TiO 和 Ti。其中 TiO 比较稳定较难还原。 3. 在氧化硼过量的同时,还原剂也应该适当过量,以提高产物中二硼化钛的含量。(2)碳化硼法,反应式 2TiO 2 +3C+B 4 C=2TiB 2 +4CO ↑或 2TiO 2 +C+B 4 C=2TiB 2 +2CO 2↑将 TiO 2、B 4C和C在高温下合成二硼化钛。目前,此法在工工业上应用很普遍,但原料 B 4C 价格昂贵,生产成本仍很高。 6. 自蔓燃法,反应式 TiO 2 +5Mg+B 2O 3 =TiB 2 +5MgO TiB 2 +MgO+2HNO 3 =TiB 2 +Mg(NO 3) 2 +H 2O 将 Mg 、 TiO 2和B 2O 3(稀释剂 MgO 或 TiB 2) 按一定的摩尔比混合,在氩气气氛中对相关的反应体系进行差热分析。将称量好的试样用研钵混合均匀,压制成直径 D15mm ,高度 H2cm 柱状压坯。把压坯整个放入自蔓延反应炉内采用顶部点火方式引发自蔓延反应,冷却至室温. 用稀硫酸为浸出剂浸出燃烧产物,用抽滤漏斗过滤浸出产物,用去离子水洗至中性,干燥即得 TiB2 微粉。 7.气相沉积法,反应式 TiCl4+2BCl3+5H2=TiB2+10HCl ↑ 1.等离子体 CVD 法此法又可分为用高频感应线圈加热的高频等离子法和用直流电弧加热的电弧等离子法。它们在惰性气氛中使反应物原料 TiCl 4、 BCl 3和H 2产生高温等离子体,在等离子区迅速加热到反应温度,经气相反应得到细粉末 TiB 2。 2.热 CVD 法它是将反应气体 TiCl 4、 BCl 3和H 2 送入加热到所需合成温度的管式电阻炉中,经气相反应而获得产物晶态的 TiB 2。当 B : Ti比低于 1.25 时产物为单相 TiB 2 ,在达到 1.25 时开始出现 TiB 2与 B的共沉相, TiB 2的沉积速率随温度升高而增大 |
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