Boruro de titanio en polvo

boruro de titanio en polvo es un material cerámico avanzado valorado por sus propiedades de extrema dureza y resistencia al desgaste. Este polvo de boruro se ha convertido en una importante materia prima en varios sectores industriales que buscan un rendimiento superior en condiciones exigentes.

Visión general del polvo de boruro de titanio

El boruro de titanio es un material cerámico altamente refractario cuya fórmula química empírica es TiB2. He aquí un breve resumen de sus propiedades y características:

Estas propiedades intrínsecas hacen que el boruro de titanio sea adecuado para aplicaciones especializadas que requieren dureza, resistencia al desgaste, estabilidad térmica y otras características de rendimiento extremas que no pueden igualar los metales ni las cerámicas alternativas.

La extrema dureza del TiB2, que rivaliza con el diamante y el nitruro de boro cúbico, es especialmente útil para aplicaciones abrasivas en las que se necesita una gran resistencia a la erosión. La combinación de dureza, estabilidad química y alto punto de fusión también permite utilizar el material en entornos agresivos.

Mientras tanto, la conductividad eléctrica metálica permite al boruro de titanio disipar cargas electrostáticas en procesos propensos a chispas. Su baja densidad en comparación con metales como el carburo de wolframio amplía aún más sus aplicaciones potenciales.

Métodos de producción de Boruro de titanio en polvo

La producción comercial de polvo de boruro de titanio depende de procesos avanzados realizados a temperaturas muy elevadas capaces de facilitar la reacción entre el titanio y los compuestos de boro.

He aquí las principales vías de fabricación:

El método de síntesis autopropagada a alta temperatura (SHS) es una ruta popular de producción de polvo debido a su simplicidad técnica, pureza del producto y rentabilidad. Sin embargo, los materiales resultantes presentan una amplia distribución granulométrica y contienen aglomerados.

Para controlar la distribución del tamaño de las partículas del polvo de boruro de titanio derivado de SHS y obtener una densidad de empaquetamiento y una consistencia óptimas en las aplicaciones finales, se suelen utilizar pasos adicionales de molienda mecánica y clasificación.

Mientras tanto, el prensado en caliente proporciona productos de boruro de titanio totalmente densos, como barras, placas o formas complejas. Pero este proceso es más costoso y poco práctico para producir polvo a granel.

Aplicaciones de la cerámica de boruro de titanio

La extrema dureza, las propiedades antidesgaste y la capacidad térmica del boruro de titanio lo hacen muy adecuado para las siguientes aplicaciones:

Estas exigentes aplicaciones aprovechan la excepcional dureza, resistencia al desgaste y capacidad para altas temperaturas de la cerámica de boruro de titanio.

La naturaleza refractaria del TiB2 le permite soportar entornos extremos con metales fundidos, flujos abrasivos y condiciones de proceso corrosivas. Su dureza supera a la de los materiales comunes resistentes a la abrasión, como el carburo de tungsteno, lo que prolonga su vida útil en condiciones erosivas.

Cuando se fabrica en componentes acabados como matrices e insertos de corte, el material soporta grandes tensiones a altas temperaturas durante la extrusión, el trefilado y el mecanizado de metales. Las herramientas de boruro de titanio pueden trabajar a temperaturas superiores a 1.000 °C, cuando otros materiales perderían rápidamente su resistencia.

Para aplicaciones electrónicas, el boruro de titanio ofrece una gran rigidez y resistencia a los choques térmicos durante repetidos ciclos de calentamiento y enfriamiento. Su conductividad eléctrica también evita la acumulación de cargas estáticas.

El boruro de titanio se mantiene dimensional y químicamente estable incluso cuando se somete a una intensa radiación de neutrones en el interior de reactores nucleares. Estas características hacen que las cerámicas de boruro sean adecuadas tanto para reactores de fisión como de fusión.

Grados y especificaciones

Polvo de boruro de titanio adecuado para aplicaciones técnicas se produce de acuerdo con especificaciones químicas, de pureza y de tamaño de partícula muy exigentes.

Estos son los grados y parámetros más comunes:

Las denominaciones de los grados reflejan la pureza del producto y la finura del polvo adecuado para diversas aplicaciones. El grado A representa el polvo de TiB2 de mayor calidad, con los niveles más bajos de impurezas y una distribución fina del tamaño de las partículas. El grado C ofrece ventajas de coste, pero tiene algo más de impurezas y partículas más gruesas.

Los principales controles de calidad del polvo comercial de boruro de titanio implican:

• Análisis químicos - Cuantificar el TiB2, el diboruro de titanio y otras impurezas elementales mediante difracción de rayos X y espectroscopia de plasma de acoplamiento inductivo.
• Análisis granulométrico - Determinar el perfil de distribución de tamaños mediante mediciones de difracción láser.
• Densidad aparente - Indicador de la capacidad de flujo del polvo basado en el método de la densidad de toma. Una mayor densidad facilita la manipulación y el llenado uniforme de la matriz.
• Estructura cristalina - Utilizando SEM y XRD para comprobar la composición de la fase y la estructura de la red coincidente con el TiB2 de referencia.

Proveedores y precios

Polvo de boruro de titanio es vendido directamente por los principales fabricantes de productos químicos especializados y cerámica avanzada. Los precios dependen del grado de pureza, la distribución granulométrica, el volumen de los pedidos y el nivel de personalización.

Los precios más elevados corresponden a las calidades de boruro de titanio de gran pureza, adecuadas para aplicaciones exigentes como la electrónica y la energía nuclear. Los grados de menor pureza, con mayores impurezas y tamaños de partícula, tienen un coste inferior.

Muchos proveedores también ofrecen servicios personalizados de dimensionado de partículas, tratamiento de superficies y documentación de calidad adaptada a las necesidades de cada cliente, lo que influye aún más en el precio. Las compras de gran volumen suelen beneficiarse de descuentos.

Comparación entre el boruro de titanio, el carburo de boro y el carburo de silicio

El boruro de titanio presenta una dureza excepcional, sólo superada por el diamante y el nitruro de boro cúbico entre los materiales resistentes a la abrasión. Pero, ¿cómo se compara el TiB2 con otros boruros y carburos cerámicos más comunes, como el carburo de boro (B4C) y el carburo de silicio (SiC)?

Las comparaciones anteriores con los polvos de carburo de boro y carburo de silicio demuestran la excepcional dureza del boruro de titanio, al tiempo que conserva una conductividad eléctrica metálica poco común entre las cerámicas.

• El diboruro de titanio es altamente refractario como el carburo de boro, con una resistencia estable a altas temperaturas por encima de los 2500°C que supera al SiC.
• El índice de desgaste del TiB2 es extremadamente bajo, incluso en comparación con otras cerámicas duras, lo que lo hace más resistente a las condiciones erosivas.
• Pero el boruro de titanio tiene una resistencia a la flexión y una tenacidad a la fractura relativamente bajas, lo que limita su adopción para aplicaciones estructurales de muy alta tensión.

Uno de los principales inconvenientes es el elevado precio del polvo de boruro de titanio, que ha limitado su aceptación en comparación con los abrasivos de SiC y B4C, más económicos. Sin embargo, la mayor vida útil de los componentes de TiB2 puede justificar las mayores inversiones iniciales en materiales gracias a los menores costes generales del ciclo de vida del producto en usos exigentes.

Ventajas y limitaciones de Boruro de titanio en polvo

He aquí un resumen conciso de las principales ventajas e inconvenientes de este avanzado material cerámico:

El boruro de titanio destaca por alcanzar una conductividad eléctrica similar a la de los metales, al tiempo que conserva una dureza excepcional, una capacidad térmica y una resistencia química inigualables por los materiales de la competencia. Esto permite mejorar notablemente la durabilidad de los componentes, la productividad y los costes del ciclo de vida de las aplicaciones adecuadas.

PREGUNTAS FRECUENTES

¿Qué es el polvo de boruro de titanio (TiB2)?

El boruro de titanio (TiB2) es un compuesto formado por átomos de titanio y boro. Es un material cerámico con propiedades excepcionales, como gran dureza, conductividad eléctrica y resistencia química.

¿Cuáles son las aplicaciones habituales del polvo de TiB2?

El polvo de TiB2 se utiliza en diversas aplicaciones, como herramientas de corte, revestimientos resistentes al desgaste, componentes aeroespaciales y contactos eléctricos. También se utiliza en la producción de compuestos cerámicos.

¿Cuál es el color y el aspecto del polvo de TiB2?

Polvo de boruro de titanio suele ser de color gris o negro y tiene una textura fina y pulverulenta.

¿Cuál es la dureza del polvo de TiB2?

El TiB2 es famoso por su excepcional dureza, que lo sitúa entre los materiales cerámicos más duros conocidos. Su dureza suele oscilar entre 22 y 28 GPa en la escala de dureza Vickers.

¿Es el TiB2 conductor de la electricidad?

Sí, el TiB2 presenta una buena conductividad eléctrica, lo que lo hace adecuado para aplicaciones en las que se requiere a la vez una gran dureza y conductividad eléctrica, como los contactos eléctricos.

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