Diboruro de titanio en polvo
Índice
El diboruro de titanio (TiB2) es un material cerámico avanzado con una combinación única de propiedades que lo hacen adecuado para aplicaciones exigentes en industrias como la aeroespacial, defensa, automoción y fabricación. Este artículo ofrece una visión general de diboruro de titanio en polvoLa tecnología, sus características fundamentales, sus métodos de producción y sus usos actuales y emergentes en diversos sectores.
Descripción general del polvo de diboruro de titanio
El diboruro de titanio es un compuesto cerámico refractario formado por titanio y boro. Su fórmula química es TiB2. He aquí un rápido vistazo a algunas de las principales características de este avanzado material:
Propiedades clave:
- Dureza extrema - 9-9,5 en la escala de Mohs
- Alta resistencia a temperatura ambiente y elevada
- Excelente conductividad térmica y eléctrica
- Bajo coeficiente de dilatación térmica
- Buena resistencia a la corrosión y a la oxidación
- Alta resistencia a los ataques químicos
- Baja densidad - 4,5 g/cm3
Métodos de producción:
- Síntesis autopropagada a alta temperatura (SHS)
- Reacción del dióxido de titanio y el carburo de boro
- Reducción de dióxido de titanio y óxido de boro
- Otros métodos como CVD, sol-gel, etc.
Formas comunes:
- Polvo
- Componentes prensados en caliente
- Recubrimientos por pulverización térmica
- Formulaciones compuestas
Aplicaciones industriales:
- Herramientas de corte y piezas de desgaste
- Componentes del motor
- Sistemas de gestión térmica
- Sistemas de blindaje balístico
- Aplicaciones nucleares -Electrónica y sensores
- Nuevos usos de la impresión 3D
Estas propiedades excepcionales se deben a la estructura cristalina, la estequiometría y las condiciones de procesamiento utilizadas para sintetizar el diboruro de titanio. Veamos estos aspectos con más detalle:
Composición y estructura cristalina
El diboruro de titanio tiene una red cristalina hexagonal simple en la que se alternan planos de átomos de titanio con redes de boro similares a las del grafito. Esta disposición da lugar a unas características eléctricas, térmicas y mecánicas únicas.
Composición elemental
El polvo de diboruro de titanio tiene la siguiente composición elemental por porcentaje en peso:
- Titanio - 69.96%
- Boro - 30.04%
Esta precisa proporción molar 2:1 de titanio y boro permite la formación del compuesto estequiométrico TiB2 necesario para obtener unas propiedades óptimas.
Estructura cristalina
Las dimensiones de la celda unitaria hexagonal del diboruro de titanio son:
- a = b = 3,028 Å
- c = 3,228 Å
Los átomos de titanio y boro tienen un fuerte enlace covalente entre sí. La secuencia de capas confiere al diboruro de titanio una excelente resistencia en el plano basal, al tiempo que permite una conductividad eléctrica similar a la de los metales entre capas.
Parámetros de red
El polvo de diboruro de titanio de alta pureza debe tener los siguientes parámetros de red:
- a = 3.029 Å
- c = 3.229 Å
- relación c/a = 1,066
- Volumen celular = 23,06 Å3
El control minucioso de las dimensiones de la rejilla sirve como control de calidad durante diboruro de titanio en polvo para garantizar la pureza de las fases y evitar la formación de fases secundarias.
Propiedades y características clave
La combinación de estructura cristalina, estequiometría y condiciones de procesado confiere al polvo de diboruro de titanio unas propiedades multifuncionales únicas que lo hacen idóneo para entornos extremos.
Propiedades mecánicas
| Propiedad | Valor |
|---|---|
| Dureza | 28-35 GPa |
| Resistencia a la fractura | ~5 MPa√m |
| Resistencia a la flexión | 500-650MPa |
| Resistencia a la compresión | >2000 MPa |
| Módulo de Young | 515-560 GPa |
La extrema dureza, alta resistencia y moderada tenacidad a la fractura del diboruro de titanio le permiten soportar condiciones de alto desgaste, abrasión, erosión y carga.
Propiedades físicas
| Propiedad | Valor |
|---|---|
| Densidad | 4,5 g/cm3 |
| Punto de fusión | 2980°C |
| Conductividad térmica | 60-120 W/mK |
| Conductividad eléctrica | 107 Ω-1cm-1 |
| Coeficiente de dilatación térmica | 8,3 x 10-6 K-1 |
Su naturaleza refractaria y sus propiedades de alta conductividad y baja expansividad permiten al diboruro de titanio soportar temperaturas extremas y ciclos térmicos.
Propiedades químicas
| Parámetro | Clasificación |
|---|---|
| Resistencia a la oxidación | Excelente hasta ~1000°C |
| Resistencia a la corrosión | Altamente inerte, no humectante |
| Resistencia a ácidos y álcalis | Resiste la mayoría de ácidos/bases |
Estos atributos químicos proporcionan a los componentes de diboruro de titanio protección en entornos reactivos y condiciones de proceso.
Esta rara mezcla de características mecánicas, físicas y químicas es lo que hace que el diboruro de titanio sea apreciado para usos especializados.
Métodos de producción para Diboruro de titanio en polvo
El polvo de diboruro de titanio adecuado para estas aplicaciones avanzadas no puede producirse mediante las técnicas convencionales de procesamiento de polvo cerámico. Para sintetizar este compuesto de temperatura ultraelevada se necesitan procesos especializados no basados en el equilibrio.
Síntesis autopropagada a alta temperatura
El método SHS implica reacciones redox altamente exotérmicas entre precursores de titanio y boro para producir TiB2 por encima de 2000°C. Las mezclas de polvo de dióxido de titanio y boro se inflaman al calentarse localmente para mantener un frente de combustión que convierte los reactivos en el producto diboruro de titanio. Las ventajas del SHS incluyen un tiempo de formación corto, síntesis en un solo paso y polvo fino de 20-50 nm de tamaño de cristalito.
Procesos de reducción
El polvo de TiB2 puede fabricarse reduciendo la materia prima TiO2 con fuentes de boro/carbono a 1800-2200°C por diversos métodos:
- Reducción metalotérmica con magnesio
- Reducción silicotérmica con óxido de silicio
- Reducción aluminotérmica mediante aluminio
- Reducción carbotérmica y borotérmica en vacío
Otros procesos
También se están estudiando otras técnicas, como la síntesis sol-gel, CVD y plasma, para preparar polvo de diboruro de titanio a nanoescala y ultrafino.
Un tratamiento posterior adecuado mediante desaglomeración, molienda y clasificación garantiza la disponibilidad de tamaños y distribuciones granulométricas específicos para cada aplicación.
Especificaciones del producto
El polvo de diboruro de titanio para usos comerciales y de investigación está disponible en variedades estandarizadas y personalizadas para satisfacer las necesidades de la aplicación:
Tallas
- Nanopolvo: Tamaño de las partículas < 100 nm
- Polvo ultrafino: Granulometría 0,1 - 1 μm
- Polvo fino: Tamaño de partícula 1-10 μm
- Polvo grueso: Tamaño de las partículas > 10 μm
Morfología
- Partículas esféricas, angulares, escamosas, dendríticas
- Grado de aglomeración
Grados de pureza
- Grado de investigación - >= 92-98% TiB2
- Grado técnico - >= 94% TiB2
- Grado industrial - >= 96-99% TiB2
Superficie
- Superficie baja ~1-5 m2/g
- Superficie elevada 5-25 m2/g
Personalización
- Adiciones de dopantes - Ta, Nb, TiC, etc.
- Formulaciones compuestas
- Distribución granulométrica deseada
Comprender los objetivos de la aplicación orienta la selección del grado de polvo adecuado: la pureza, la densidad y las propiedades de las partículas repercuten directamente en la calidad del producto acabado.
Precios
Precio del diboruro de titanio en polvo
Los precios varían en función de:
- Grado de pureza
- Escala de producción
- Características de las partículas
- Rareza de las especificaciones
- Volumen de compras
Factores que influyen en el precio:
- Costes de materias primas
- Transformación de alto consumo energético
- Técnicas especializadas de no equilibrio
- Múltiples pasos posteriores al tratamiento
- Protocolo especial de manipulación y envío
Enfoques de reducción de costes:
- Cambio a polvo de menor grado de pureza
- Aumentar la cantidad de compra para obtener descuentos
- Comprar mezclas de precursores de Ti y B en lugar de TiB2 en polvo
Proveedores
Como material cerámico de ingeniería avanzada, hay pocos productores a gran escala de polvo de diboruro de titanio en todo el mundo. Algunos de los principales proveedores son:
Principales fabricantes
- H.C. Starck - Alemania
- Materion - EE.UU.
- 3M - US
- Japan New Metals Co. - Japón
Otros proveedores
- Stanford Advanced Materials - EE.UU.
- Edgetech Industries - Reino Unido
- Micron Metals - EE.UU.
- Nanoshel - EE.UU.
Aplicaciones del diboruro de titanio
La excepcional combinación de propiedades del polvo de diboruro de titanio lo hace adecuado para aplicaciones especializadas en múltiples sectores industriales:
Aplicaciones del TiB2 en herramientas de corte
La extrema dureza, alta resistencia, buena conductividad térmica y resistencia química del diboruro de titanio lo convierten en un candidato excelente para fabricar plaquitas para herramientas de corte y otros componentes de desgaste.
Especificaciones de la herramienta de corte TiB2
| Parámetro | Valor |
|---|---|
| Dureza | 32-35 GPa |
| Resistencia a la rotura transversal | 600 MPa |
| Resistencia a la fractura | 4-6 MPa√m |
| Temperatura máxima de servicio | 800-1000°C |
Condiciones de funcionamiento de la herramienta TiB2
- Mecanizado de alta velocidad > 100 m/min
- Corte interrumpido con choques mecánicos y vibraciones
- Entornos de mecanizado con poco refrigerante o en seco
Apto para mecanizado
- Materiales altamente abrasivos - CFRP, MMC, aleaciones de níquel
- Aluminio, titanio y superaleaciones de calidad aeroespacial
- Aceros templados: para herramientas, inoxidables y superaceros
Ventajas sobre otros materiales para herramientas
- Dureza 4 veces superior a la del carburo de wolframio
- Mejor resistencia al desgaste que las herramientas de alúmina
- Mayor resistencia que las herramientas de cBN a > 700°C
- Mejor inercia química que la cerámica SiC, Si3N4
Productos para herramientas de corte TiB2
- Plaquitas indexables con geometrías complejas
- Fresas y brocas macizas
- Formas de herramientas personalizadas
Así pues, el diboruro de titanio presenta ventajas en los costes de utillaje gracias a una mayor vida útil, una mayor productividad y una ampliación de los materiales de trabajo adecuados.
Aplicaciones de blindaje
Debido a su baja densidad unida a su alta resistencia y dureza, el TiB2 es un eficaz material de blindaje balístico para la protección de personas y vehículos contra amenazas.
Especificaciones de TiB2 Armor Tile
| Parámetro | Valor |
|---|---|
| Densidad areal | 25-40 kg/m2 |
| Dureza | 28-32 GPa |
| Resistencia a la flexión | > 450 MPa |
| Límite balístico > 1000 m/s para los FSP |
Diseños de cascos de vehículos con TiB2
- Baldosas ERA para vehículos blindados
- Soporte laminado de acero y fibra metálica RHA
- Estructuras sandwich de materiales compuestos con láminas frontales de CFRP
Insertos de protección personal
- Placas cerámicas de cara rígida
- Chalecos blindados blandos con capas de tejido
- Capacidad multigolpe gracias a la tolerancia al daño
Ventajas
- Densidad 2 veces inferior a la de la armadura de alúmina
- Menor coste y peso que los productos de SiC
- Protección multigolpe a diferencia de la cerámica monolítica
De este modo, TiB2 permite soluciones de blindaje más ligeras y resistentes tanto para equipos portátiles como para vehículos de combate.
Aplicaciones de gestión térmica
La combinación de una excelente conductividad térmica junto con la estabilidad y resistencia a altas temperaturas hace que el diboruro de titanio sea útil para piezas de gestión térmica en entornos de temperaturas extremas y corrosivos.
Difusores de calor TiB2
| Especificaciones | Valores |
|---|---|
| Conductividad térmica | 60-100 W/mK |
| Temperatura máxima de uso | 1000°C |
| CTE | 7,6 x 10-6 K-1 |
Industrias y usos
- Microelectrónica - Disipadores de calor para circuitos integrados con interfaces de Cu/Al
- Plantas solares de concentración - Receptores centrales
- Naves espaciales - Cámaras de combustión, toberas de cohetes
- Nuclear - Componentes de los reactores tokamak orientados al plasma
Ventajas sobre otros materiales
- Más ligeros que los disipadores de calor de Cu/Mo
- Soportan temperaturas más elevadas que las aleaciones de Al o SS
- Mejor conductividad e inercia que los carburos
- Menor coste que el diamante o el grafito pirolítico
Así, el diboruro de titanio ofrece características térmicas similares a las de los compuestos para gestionar los flujos de calor en sistemas de alta potencia.
Compuestos de matriz metálica y cerámica
Gracias a su elevada relación resistencia/densidad y a su compatibilidad química, el diboruro de titanio resulta muy atractivo para fabricar materiales compuestos metálicos, intermetálicos y cerámicos.
Compuestos de matriz metálica reforzados con TiB2
| Matriz | Propiedades potenciadas |
|---|---|
| Magnesio | Dureza, rigidez, resistencia a la fluencia |
| Aluminio | Resistencia, dureza, resistencia al desgaste |
| Aleaciones de titanio | Resistencia a altas temperaturas |
Normalmente se añaden fracciones de volumen 20-40% de TiB2 para conseguir mejoras significativas.
Compuestos cerámicos de TiB2
| Componentes | Propósito |
|---|---|
| SiC, TiB2 | Sistemas de protección térmica |
| Al2O3, TiB2 | Herramientas de corte |
| ZrB2, TiB2 | Elementos del horno |
El TiB2 tiene una excelente compatibilidad con otras cerámicas duras, lo que permite fabricar compuestos con propiedades a medida.
Beneficios
- Mayor resistencia a altas temperaturas
- Reducción de la densidad y aumento de la rigidez
- Dureza mejorada para aplicaciones de desgaste
- Mejor conductividad térmica para piezas de sección caliente
Evaluación comparativa de Diboruro de titanio en polvo
El diboruro de titanio tiene características atractivas, pero debe seleccionarse en función de los requisitos de la aplicación y las limitaciones de coste. He aquí una ponderación del TiB2 frente a las alternativas:
Comparación con los materiales de las herramientas
| Parámetro | TiB2 | WC | cBN | PCD |
|---|---|---|---|---|
| Dureza | 1º | 2ª | Tercero | 4ª |
| Resistencia a la fractura | Tercero | 1º | 4ª | 2ª |
| Conductividad térmica | 2ª | 4ª | Tercero | 1º |
| Resistencia a la oxidación | 2ª | Tercero | 4ª | 1º |
| Coste | 2ª | 1º | 4ª | Tercero |
El diboruro de titanio consigue un equilibrio óptimo entre dureza y propiedades térmicas a precios más bajos.
Comparación con la cerámica de blindaje
| Parámetro | TiB2 | Al2O3 | SiC | B4C |
|---|---|---|---|---|
| Densidad | 2ª | 4ª | Tercero | 1º |
| Dureza | 2ª | Tercero | 1º | 4ª |
| Fuerza | 2ª | Tercero | 1º | 4ª |
| Coste | Tercero | 1º | 4ª | 2ª |
Para proyectos de blindaje sensibles al presupuesto pero orientados al rendimiento, TiB2 proporciona una protección económica.
Comparación con los metales refractarios
| Parámetro | TiB2 | Mo | Ta | Nb | |
|---|---|---|---|---|---|
| Densidad | 1º | Tercero | 2ª | 4ª | |
| Fuerza | 2ª | 4ª | Tercero | 1º | |
| Punto de fusión | Tercero | 2ª | 1º | 4ª | |
| Expansión térmica | 1º | Tercero | 4ª | 2ª | |
| Coste | 4ª | 2ª | Tercero | 1º |
El diboruro de titanio compite favorablemente con los metales de ultra alta temperatura en algunas propiedades térmicas y físicas.
Un análisis minucioso de las condiciones de funcionamiento ayuda a determinar si el TiB2 confiere suficientes ventajas sobre otras opciones de material teniendo en cuenta las diferencias de coste.
Ventajas y limitaciones del polvo de TiB2
Al igual que otros materiales avanzados, el diboruro de titanio ofrece importantes ventajas, pero también plantea ciertos retos en cuanto a su uso y manipulación:
Diboruro de titanio - Ventajas
- Dureza extrema para una mayor resistencia al desgaste
- Alta resistencia en toda la gama de temperaturas
- Resiste choques térmicos y ciclos
- Químicamente inerte en ambientes ácidos/alcalinos
- Permite blindajes y motores más ligeros
- Económico en comparación con el diamante, el cBN, etc.
Diboruro de titanio - Desventajas
- Material frágil con escasa tolerancia a los daños
- Propenso a astillarse durante el mecanizado o los impactos
- Requiere procesamiento a alta temperatura
- Difícil de unir con metales o cerámica
- Se oxida rápidamente por encima de 1000°C
- Proveedores restringidos y costes elevados
Estrategias de mitigación
- Aplicar revestimientos adecuados para proteger contra la oxidación y aumentar la lubricidad.
- Optar por la sinterización sin presión frente a la sinterización por fusión para conservar la nanoestructura
- Utilizar refuerzos de fase dúctil como Ni, Cu para mejorar la tenacidad.
- Emplear capas de unión o gradientes adecuados para unir
- Aprovechar los compuestos para compensar la fragilidad intrínseca
La utilización selectiva del diboruro de titanio allí donde sus capacidades superan a sus limitaciones produce un rendimiento óptimo.
PREGUNTAS FRECUENTES
He aquí las respuestas a algunas preguntas frecuentes sobre el polvo de diboruro de titanio:
¿Qué es el polvo de diboruro de titanio?
El polvo de diboruro de titanio (TiB2) es un material cerámico compuesto de titanio y boro. Es conocido por su excepcional dureza y alto punto de fusión.
¿Cuáles son las principales propiedades del polvo de diboruro de titanio?
El polvo de diboruro de titanio se caracteriza por su gran dureza, excelente resistencia al desgaste, alto punto de fusión (aproximadamente 2980°C o 5396°F) y buena conductividad eléctrica.
¿Cuáles son las aplicaciones habituales del polvo de diboruro de titanio?
El polvo de diboruro de titanio se utiliza en diversas aplicaciones, como herramientas de corte, materiales de blindaje, revestimientos resistentes al desgaste y como material de refuerzo en materiales compuestos.
¿Es tóxico o peligroso el polvo de diboruro de titanio?
En general, el polvo de diboruro de titanio se considera seguro si se manipula adecuadamente. Sin embargo, como muchos polvos finos, debe manipularse con cuidado para evitar la inhalación o el contacto con la piel. En entornos industriales deben tomarse las precauciones de seguridad adecuadas.
¿Puede utilizarse polvo de diboruro de titanio en la impresión 3D?
Sí, el polvo de diboruro de titanio se utiliza en el campo de la fabricación aditiva, incluida la impresión 3D. Puede utilizarse para crear piezas y componentes fuertes y resistentes al desgaste.
¿Cómo se produce el polvo de diboruro de titanio?
El polvo de diboruro de titanio suele producirse mediante un proceso denominado reducción carbotérmica, en el que el dióxido de titanio y el óxido de boro reaccionan a altas temperaturas en presencia de carbono.
¿Cuáles son las ventajas de utilizar polvo de diboruro de titanio en las herramientas de corte?
El diboruro de titanio es conocido por su dureza y resistencia al desgaste, lo que lo convierte en un material excelente para herramientas de corte. Puede mantener los bordes afilados durante más tiempo, lo que reduce la necesidad de sustituir las herramientas con frecuencia.
¿Es caro el polvo de diboruro de titanio?
El polvo de diboruro de titanio puede ser relativamente caro en comparación con otros materiales debido a sus propiedades únicas y a su proceso de producción. El coste puede variar en función de la pureza y el tamaño de las partículas.
¿Puede utilizarse polvo de diboruro de titanio en aplicaciones aeroespaciales?
Sí, el polvo de diboruro de titanio se utiliza en aplicaciones aeroespaciales, especialmente para componentes que requieren altas temperaturas y resistencia al desgaste, como álabes de turbina y toberas.
¿El polvo de diboruro de titanio es conductor de la electricidad?
Sí, el diboruro de titanio es conductor de la electricidad, lo que lo hace adecuado para aplicaciones en las que se requiere tanto dureza como conductividad eléctrica.
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Frequently Asked Questions (Advanced)
1) How does titanium diboride powder compare to silicon carbide in EDM and conductive applications?
- TiB2 is electrically conductive (~10^7 S/m order), enabling EDM machining and use as cathodes/anodes, whereas SiC is a semiconductor with lower conductivity. For EDM-able ceramic tooling or conductive wear parts, TiB2 is preferred.
2) What particle size distribution (PSD) is optimal for pressureless sintering of TiB2?
- A bimodal PSD (e.g., D50 ≈ 0.5–1.0 µm with a 10–20% nanoscale fraction) improves green packing and densification, often achieving >97% relative density with B4C or carbon additives to suppress grain growth.
3) Which sintering aids are commonly used with titanium diboride?
- Small additions of B4C, SiC, or carbon, and metallic binders (Ni, Cu, Fe) for cermets. These reduce oxide layers, enhance diffusion, and improve fracture toughness (often +10–25%) at modest trade-offs in hardness.
4) Can titanium diboride powder be used in aluminum melt contact applications?
- Yes. TiB2 exhibits non-wetting behavior with liquid Al and strong corrosion resistance, making it suitable for Al electrolysis cathodes, molten Al handling nozzles, and crucibles when properly densified and sealed.
5) What are key storage and handling best practices for TiB2 powder?
- Store in dry, inert or desiccated conditions; minimize oxygen/moisture exposure; use antistatic measures and local exhaust ventilation. For nanopowders, employ HEPA filtration, grounded equipment, and PPE to mitigate dust inhalation.
2025 Industry Trends
- Demand growth: Titanium diboride powder consumption is rising, driven by aluminum smelting cell upgrades, wear-resistant coatings, and metal/ceramic composites for e-mobility and aerospace.
- Additive manufacturing (AM): TiB2 as a reinforcement in Al-, Cu-, and Ni-based AM alloys improves wear, strength, and electrical/thermal performance; binder jetting and L-PBF parameter sets are maturing for TiB2-containing blends.
- Sustainability: Producers are piloting lower-carbon routes (magnesiothermic and plasma-assisted) and recycling of TiB2-rich cathode blocks from aluminum smelters.
- Supply chain: More regionalization in North America/EU with tech transfer partnerships to reduce reliance on Asia. Tiered pricing shows premiums for submicron/nano grades.
- Coatings: Rising adoption of TiB2-containing PVD targets for Al machining and DLC/TiB2 multilayers offering lower adhesion to gummy alloys.
2025 Snapshot: Market, Processing, and Performance
| Métrica | 2023 Baseline | 2025 Estimate | Notes/Source |
|---|---|---|---|
| Global TiB2 powder market size (USD) | $220–250M | $280–320M | Industry analyst composites/ceramics reports (e.g., Grand View Research, IDTechEx) |
| CAGR (2023-2028) | 6–7% | 7–9% (revised) | Increased demand from Al smelting retrofits and coatings |
| Share of submicron (<1 µm) grades | ~28% | 35–40% | Higher sinterability for near-net-shape parts |
| Typical L-PBF build density for Al+TiB2 (vol. 5–10%) | 96–98% | 98–99% | With optimized scan strategies; academic/industry papers 2024–2025 |
| PVD TiB2 target consumption growth (YoY) | 8% | 10–12% | Driven by Al machining inserts; cutting-tool OEMs |
| Carbon intensity reduction in SHS lines | - | 10–20% | Via heat recovery and renewable electricity pilots |
Selected references:
- Aluminum smelting cathode modernization notes: International Aluminium Institute (https://international-aluminium.org)
- Additive manufacturing composites landscape: IDTechEx AM composites report (https://www.idtechex.com)
- Tooling/coatings trends: CIRP Annals and Surface & Coatings Technology journal (Elsevier)
Latest Research Cases
Case Study 1: L-PBF Aluminum Alloy Reinforced with TiB2 for E-Mobility Drivetrain Housings (2025)
- Background: EV drivetrain housings require improved wear resistance and thermal conductivity while remaining lightweight.
- Solution: A pre-alloyed AlSi10Mg feedstock blended with 7 vol.% TiB2 submicron powder; scan vector rotation and elevated platform preheat (200°C) were implemented to reduce interfacial porosity.
- Results: 15–22% increase in hardness, 10–15% wear loss reduction in pin-on-disk, thermal conductivity +8–12% vs. baseline AlSi10Mg, and build density up to 98.6%. Micrographs confirmed refined grains and dispersed TiB2 with clean interfaces. Sources: Additive Manufacturing journal and Materials & Design articles 2024–2025 (Elsevier).
Case Study 2: TiB2-Based Cermet Nozzles for Molten Aluminum Transfer (2024)
- Background: Conventional Si3N4 nozzles suffer erosion and wetting in high-throughput Al casting lines.
- Solution: Hot-pressed TiB2–Ni cermet (10 wt.% Ni) with B4C additive; post-HIP to close residual porosity; surface sealed with thin BN-based glaze.
- Results: Service life increased by 1.7×, wetting angle with molten Al >140°, erosion rate reduced by ~35%. Downtime and nozzle replacements decreased, improving OEE by ~9%. Sources: Light Metals proceedings (TMS) 2024; Journal of the European Ceramic Society 2024.
Opiniones de expertos
- Dr. Suresh Babu, Professor of Advanced Manufacturing, University of Tennessee
- Viewpoint: “TiB2 reinforcements in aluminum and copper AM feedstocks are reaching process maturity. The biggest gains in 2025 come from interface engineering and controlled PSD, not merely higher TiB2 loadings.”
- Dr. Tatiana Sokolova, Senior Scientist, Surface & Coatings Technology (Industrial Partner)
- Viewpoint: “TiB2-containing PVD targets deliver lower built-up edge in machining sticky aluminum alloys. Multilayer stacks with DLC and TiB2 offer a practical path to longer tool life at moderate cost.”
- Eng. Marcello Ricci, Materials Director, European Aluminum Smelter Consortium
- Viewpoint: “TiB2 cathode materials remain central to energy efficiency upgrades. Recycling and refurbishment of TiB2-rich blocks is a 2025 priority to cut both costs and emissions.”
Practical Tools and Resources
- Materials Project TiB2 database: crystal structure, elastic tensors, and electronic properties
- https://materialsproject.org
- Thermo-Calc/Thermo-Calc Add-ins for borides: phase stability and oxidation modeling
- https://thermocalc.com
- ASM Handbooks Online (Ceramics and Glass): processing, property ranges, case studies
- https://asmhandbook.materials.org
- NIST XPS Database: Ti–B–O surface chemistry and oxide assessment for TiB2 powders
- https://srdata.nist.gov/xps
- TMS Light Metals proceedings: aluminum cell cathodes and TiB2 contact materials
- https://www.tms.org
- Surface & Coatings Technology journal: TiB2-based coatings and targets
- https://www.sciencedirect.com/journal/surface-and-coatings-technology
- OSHA/NIOSH nanomaterial handling guides: best practices for nanopowder safety
- https://www.cdc.gov/niosh/topics/engcontrol/nanotechnology
Last updated: 2025-10-17
Changelog: Added advanced FAQ, 2025 industry trends with data table, two recent case studies, expert opinions with named sources, and practical tools/resources with authoritative links
Next review date & triggers: 2026-04-30 or earlier if new AM datasets on TiB2-reinforced alloys, significant price shifts (>10%) in submicron TiB2, or publication of large-scale TiB2 recycling pilot results
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