| 文檔介紹：二硼化鈦二硼化鈦二硼化鈦物理和化學(xué)性質(zhì): 二硼化鈦物理和化學(xué)性質(zhì): 二硼化鈦二硼化鈦(TiB2) (TiB2) 由由 31.12 31.12 %的%的 B B及及 68.88 68.88 %的%的 Ti Ti 組成,所合成的粉末組成,所合成的粉末顏色呈灰色或黑色顏色呈灰色或黑色,燒,燒結(jié)成型的部件呈金屬灰色。二硼化鈦具有良結(jié)成型的部件呈金屬灰色。二硼化鈦具有良好的導(dǎo)電及導(dǎo)熱性能,有與純鐵和白金相近好的導(dǎo)電及導(dǎo)熱性能,有與純鐵和白金相近的導(dǎo)電率。的導(dǎo)電率。熔點(diǎn): 熔點(diǎn): 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 (顯微硬度(顯微硬度 34Gpa 34Gpa ), ), 室溫下它的電阻率: 室溫下它的電阻率: 14.4 14.4 × × 10-6 10-6 · · cm cm , , 熱導(dǎo)率: 熱導(dǎo)率: 25W 25W · · m-1 m-1 · · K-1 K-1 。。二硼化鈦(TiB 2 ) 是硼和鈦?zhàn)罘€(wěn)定的化合物,分子量為 69.54 ,為 C 32型結(jié)構(gòu),以其價鍵形式結(jié)合,屬六方晶系的準(zhǔn)金屬化合物。其完整晶體的結(jié)構(gòu)參數(shù)為: a為 0.3028nm ,C為 0.3228nm 。晶體結(jié)構(gòu)中的硼原子面和鈦原子面交替出現(xiàn)構(gòu)成二維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),其中的 B與另外 3 個B以共價鍵相結(jié)合,多余的一個電子形成大π鍵。這種類似于石墨的硼原子層狀結(jié)構(gòu)和 Ti外層電子決定了 TiB 2具有良好的導(dǎo)電性和金屬光澤,而硼原子面和鈦原子面之間 Ti-B 鍵決定了這種材料的高硬度和脆性的特點(diǎn)。在空氣中抗氧化溫度可達(dá) 1100 ℃左右,在 HCl 和 HF 酸中穩(wěn)定,但會被強(qiáng)堿分解。 TiB 2和H 2 SO 4反應(yīng),易熔于 HNO 3 +H 2 SO 4及 HNO 3 +H 2O 2溶液中。二硼化鈦的制備二硼化鈦的制備二硼化鈦二硼化鈦(TiB (TiB 2 2) )的制備有多種工藝, 的制備有多種工藝, 現(xiàn)歸納現(xiàn)歸納如下: 如下: 1. 1.直接合成法直接合成法, ,反應(yīng)式反應(yīng)式 Ti+2B=TiB Ti+2B=TiB 2 2將將 Ti Ti粉和粉和 B B粉放在高溫反應(yīng)器中直接粉放在高溫反應(yīng)器中直接化合生成二硼化鈦。此法的反應(yīng)溫度化合生成二硼化鈦。此法的反應(yīng)溫度 2000 2000 ℃℃以上,原料價格高,工藝不易控制, 以上,原料價格高,工藝不易控制, 反應(yīng)不完全,所生成的反應(yīng)不完全,所生成的 TiB TiB 2 2純度低純度低,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.硼熱法, 反應(yīng)式 TiO 2 +4B=TiB 2 +B 2O 2 實(shí)驗(yàn)用 TiO 2(純度高于 99 %,銳鈦礦結(jié)構(gòu), 顆粒尺寸為 0.2-0.3 μm和非品(92 %,顆粒尺寸為 0.2-0.3 μ m) 作原料。在球磨機(jī)中的摻入比為 Ti :B=l:4 ,球與粉末的重量比為 40:1 ,球磨過程是在真空下完成。反應(yīng)溫度不超過 1100 ℃。 3.熔融電解法,鈦的氧化物與堿(或堿土)金屬硼酸鹽和***酸鹽在熔融電解的條件下生成二硼化鈦。 4.輔助浸金屬法,反應(yīng)式 Ti+2B+Al=TiB 2 +Al (或 Cu 、 Sn 等) 5.碳熱法,( 1).碳熱還原法,反應(yīng)式 2TiO 2 +5C+B 2O 3 =2TiB 2 +5CO ↑按比例 8∶ 8.4 ∶ 6 分別稱取 TiO 2、 B 2O 3和C,,然后把料放入混料罐中,再放入幾粒硬質(zhì)合金球,在滾筒機(jī)上進(jìn)行混料?；炝蠒r間為 24 小時。稱取 30 克左右混好的料,在不加黏結(jié)劑的條件下,將料放入模具中在壓力機(jī)上壓制成試樣。壓強(qiáng)為 60MPa , 加壓時間為 5分鐘。試樣的燒結(jié)在碳管爐中進(jìn)行,所用的坩堝為石墨坩堝,爐內(nèi)用氬氣進(jìn)行保護(hù)。 1.碳熱還原法生成的 TiB 2反應(yīng)起始溫度理論計(jì)算為 1307 ℃,但通過實(shí)驗(yàn)我們在 1450 ℃時發(fā)現(xiàn) TiB2 的生成,比理論計(jì)算值高出 143 ℃。 2. TiO2 的還原是分步進(jìn)行的,還原產(chǎn)物依次是 Ti3O5 、 TiO 和 Ti。其中 TiO 比較穩(wěn)定較難還原。 3. 在氧化硼過量的同時,還原劑也應(yīng)該適當(dāng)過量,以提高產(chǎn)物中二硼化鈦的含量。(2)碳化硼法,反應(yīng)式 2TiO 2 +3C+B 4 C=2TiB 2 +4CO ↑或 2TiO 2 +C+B 4 C=2TiB 2 +2CO 2↑將 TiO 2、B 4C和C在高溫下合成二硼化鈦。目前,此法在工工業(yè)上應(yīng)用很普遍,但原料 B 4C 價格昂貴,生產(chǎn)成本仍很高。 6. 自蔓燃法,反應(yīng)式 TiO 2 +5Mg+B 2O 3 =TiB 2 +5MgO TiB 2 +MgO+2HNO 3 =TiB 2 +Mg(NO 3) 2 +H 2O 將 Mg 、 TiO 2和B 2O 3(稀釋劑 MgO 或 TiB 2) 按一定的摩爾比混合,在氬氣氣氛中對相關(guān)的反應(yīng)體系進(jìn)行差熱分析。將稱量好的試樣用研缽混合均勻,壓制成直徑 D15mm ,高度 H2cm 柱狀壓坯。把壓坯整個放入自蔓延反應(yīng)爐內(nèi)采用頂部點(diǎn)火方式引發(fā)自蔓延反應(yīng),冷卻至室溫. 用稀硫酸為浸出劑浸出燃燒產(chǎn)物,用抽濾漏斗過濾浸出產(chǎn)物,用去離子水洗至中性,干燥即得 TiB2 微粉。 7.氣相沉積法,反應(yīng)式 TiCl4+2BCl3+5H2=TiB2+10HCl ↑ 1.等離子體 CVD 法此法又可分為用高頻感應(yīng)線圈加熱的高頻等離子法和用直流電弧加熱的電弧等離子法。它們在惰性氣氛中使反應(yīng)物原料 TiCl 4、 BCl 3和H 2產(chǎn)生高溫等離子體,在等離子區(qū)迅速加熱到反應(yīng)溫度,經(jīng)氣相反應(yīng)得到細(xì)粉末 TiB 2。 2.熱 CVD 法它是將反應(yīng)氣體 TiCl 4、 BCl 3和H 2 送入加熱到所需合成溫度的管式電阻爐中,經(jīng)氣相反應(yīng)而獲得產(chǎn)物晶態(tài)的 TiB 2。當(dāng) B : Ti比低于 1.25 時產(chǎn)物為單相 TiB 2 ,在達(dá)到 1.25 時開始出現(xiàn) TiB 2與 B的共沉相, TiB 2的沉積速率隨溫度升高而增大 |
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