Poudre de borure de titane

poudre de borure de titane est un matériau céramique avancé apprécié pour ses propriétés extrêmement dures et résistantes à l'usure. Cette poudre de borure est devenue une matière première importante dans plusieurs secteurs industriels à la recherche de performances supérieures dans des conditions exigeantes.

Aperçu de la poudre de borure de titane

Le borure de titane est un matériau céramique hautement réfractaire dont la formule chimique empirique est TiB2. Voici un bref aperçu de ses propriétés et de ses caractéristiques :

Propriété	Caractéristiques
Composition chimique	66% Titane, 34% Bore en poids
Apparence	Poudre grise ou noire
Structure cristalline	Structure hexagonale du réseau
Densité	4,5 g/cc
Dureté	Environ 30 GPa Vickers
Stabilité à haute température	Point de fusion 3273°F (1800°C)
Résistance à l'oxydation	Résistant jusqu'à 1100°C dans l'air
Conductivité thermique	60-105 W/mK
Conductivité électrique	Conducteur comme un métal
Coefficient de frottement	0,3 Dynamique contre l'acier

Ces propriétés intrinsèques font que le borure de titane convient à des applications spécialisées nécessitant une dureté, une résistance à l'usure, une stabilité thermique et d'autres caractéristiques de performance extrêmes inégalées par les métaux ou les céramiques alternatives.

L'extrême dureté du TiB2, qui rivalise avec celle du diamant et du nitrure de bore cubique, est particulièrement utile pour les applications abrasives nécessitant une grande résistance à l'érosion. La combinaison de la dureté, de la stabilité chimique et du point de fusion élevé permet également d'utiliser ce matériau dans des environnements agressifs.

Par ailleurs, la conductivité électrique du métal permet au borure de titane de dissiper les charges électrostatiques dans les processus sujets aux étincelles. Sa faible densité par rapport à des métaux comme le carbure de tungstène élargit encore ses applications potentielles.

Méthodes de production de Poudre de borure de titane

La production commerciale de poudre de borure de titane repose sur des processus avancés menés à des températures très élevées capables de faciliter la réaction entre le titane et les composés de bore.

Voici les principaux itinéraires de fabrication :

Méthode	Description	Caractéristiques
Synthèse autopropagée à haute température (SHS)	Des réactions exothermiques entre des poudres telles que l'oxyde de titane, l'oxyde de bore ou l'acide borique s'enflamment pour soutenir la formation du TiB2.	- Poudres de haute pureté - Gamme de tailles de particules - Produits agglomérés nécessitant un broyage
Procédé de fusion à l'arc	L'arc électrique est utilisé pour fondre et combiner les matières premières de titane et de bore.	- Pureté des matériaux plus faible -Taille des grains plus importante - Peut présenter des défauts cristallins hexagonaux
Pressage à chaud	Poudre de TiB2 consolidée à chaud et sous pression	- Produits à quasi pleine densité - Microstructure contrôlée - Coût plus élevé

La méthode de synthèse autopropagée à haute température (SHS) est une voie de production de poudres populaire en raison de sa simplicité technique, de la pureté du produit et de sa rentabilité. Toutefois, les matériaux obtenus présentent une large distribution de la taille des particules et contiennent des agglomérats.

Des étapes supplémentaires de broyage mécanique et de classification sont souvent utilisées pour contrôler la distribution de la taille des particules de la poudre de borure de titane dérivée des SHS afin d'obtenir une densité d'emballage et une consistance optimales dans les applications finales.

Le pressage à chaud, quant à lui, permet d'obtenir des produits de borure de titane entièrement denses, tels que des barres, des plaques ou des formes complexes. Mais ce procédé est plus coûteux et ne permet pas de produire de la poudre en vrac.

Applications de la céramique de borure de titane

L'extrême dureté, les propriétés d'usure et la capacité thermique du borure de titane le rendent particulièrement adapté aux applications suivantes :

Application	Utilisations	Avantages
Pièces d'usure	- Outils de coupe - Filières d'extrusion - Matrices de dessin - Lames de broyeur	- Dureté proche du diamant pour la résistance à l'abrasion - Conserve sa résistance à des températures élevées - Résiste à la corrosion et à l'oxydation
Travail des métaux	- Outils de coupe - Matrices de dessin - Filières d'extrusion - Composants de la machine	- Rigidité extrême et dureté à chaud - Faible dilatation thermique - Résiste aux températures de soudage et de formage des métaux
Électronique	- Chauffage cathodique - Supports de cathode - Éléments de four à vide - Composants de fabrication de plaquettes	- Résistance à haute température - Résistance aux chocs thermiques - Conductivité électrique
Nucléaire	- Armure à réacteur à fusion - Barres de contrôle des réacteurs de fission	- Maintien de la résistance à l'irradiation neutronique - Stabilité thermique extrême

Ces applications exigeantes tirent parti de la dureté exceptionnelle, de la résistance à l'usure et de la capacité à résister aux températures élevées des céramiques de borure de titane.

La nature réfractaire du TiB2 lui permet de résister à des environnements extrêmes avec des métaux en fusion, des flux abrasifs et des conditions de traitement corrosives. Sa dureté dépasse celle des matériaux courants résistant à l'abrasion, comme le carbure de tungstène, pour une durée de vie plus longue dans des conditions érosives.

Lorsqu'il est transformé en composants finis tels que des matrices et des inserts de coupe, le matériau résiste à de fortes contraintes à des températures élevées pendant l'extrusion, l'étirage et l'usinage des métaux. Les outils en borure de titane peuvent fonctionner à des températures supérieures à 1000°C, là où d'autres matériaux perdraient rapidement leur résistance.

Pour les applications électroniques, le borure de titane offre une grande rigidité et une résistance aux chocs thermiques lors des cycles répétés de chauffage et de refroidissement. Sa conductivité électrique empêche également l'accumulation de charges statiques.

Le borure de titane reste dimensionnellement et chimiquement stable même lorsqu'il est soumis à un rayonnement neutronique intense à l'intérieur des réacteurs nucléaires. Ces capacités font que les céramiques de borure conviennent aussi bien aux réacteurs à fission qu'aux réacteurs à fusion.

Grades et spécifications

Poudre de borure de titane qui conviennent aux applications techniques sont produits conformément à des spécifications précises en matière de chimie, de pureté et de taille des particules.

Voici les qualités et les paramètres les plus courants :

Paramètres	Grade A	Note B	Grade C
Teneur en borure de titane	> 94%	> 92%	> 90%
Diborure de titane	> 98%	> 95%	> 93%
Impuretés totales	< 3%	< 5%	< 7%
Taille des particules	600 mesh (25 microns)	400 mesh (38 microns)	325 mesh (44 microns)
Densité apparente	1,2-1,6 g/cc	1,4-1,8 g/cc	1,5-2,0 g/cc
Densité réelle	> 4,3 g/cc	> 4,2 g/cc	> 4,1 g/cc

Les désignations des grades reflètent la pureté du produit et la finesse de la poudre adaptée aux différentes applications. Le grade A représente la poudre de TiB2 de la plus haute qualité, avec les niveaux d'impuretés les plus bas et une distribution granulométrique fine. Le grade C offre des avantages en termes de coûts, mais présente un peu plus d'impuretés et des particules plus grossières.

Contrôles de qualité clés sur les poudres commerciales de borure de titane impliquer :

• Analyse chimique - Quantifier le TiB2, le diborure de titane et d'autres impuretés élémentaires à l'aide de la diffraction des rayons X et de la spectroscopie par plasma à couplage inductif.
• Analyse de la taille des particules - Déterminer le profil de distribution de la taille par des mesures de diffraction laser.
• Densité apparente - Indicateur de la capacité d'écoulement de la poudre basé sur la méthode de la densité de poudrage. Une densité plus élevée facilite la manipulation et le remplissage uniforme des moules.
• Structure cristalline - Utilisation du SEM et du XRD pour vérifier la composition des phases et la structure du réseau par rapport au TiB2 de référence.

Fournisseurs et prix

Poudre de borure de titane est vendu directement par les principaux fabricants de produits chimiques spécialisés et de céramiques avancées. Les prix dépendent du degré de pureté, de la distribution de la taille des particules, du volume des commandes et du niveau de personnalisation.

Fournisseur	Notes	Prix
Matériaux de Stanford	Grade A, B, C	$340 - $1000/kg
Edgetech Industries	Classes personnalisées	Contact pour un devis
Atlantic Equipment Engineers	Technique, réactif, etc.	$250 - $650/kg
Treibacher	Puissance industrielle	Contact pour un devis
Japon Nouveaux métaux	Qualités de haute pureté	$800 - $4000/kg

Les prix sont les plus élevés pour les qualités de borure de titane de haute pureté convenant à des applications exigeantes telles que l'électronique et le nucléaire. Les qualités de moindre pureté, avec des impuretés et des tailles de particules plus élevées, sont moins chères.

De nombreux fournisseurs proposent également des services de calibrage des particules, de traitement de surface et de documentation de la qualité sur mesure, adaptés aux exigences individuelles des clients, ce qui influe encore sur les prix. Les achats de gros volumes bénéficient généralement de tarifs réduits.

Comparaison entre le borure de titane, le carbure de bore et le carbure de silicium

Le borure de titane se caractérise par une dureté exceptionnelle qui n'est surpassée que par le diamant et le nitrure de bore cubique parmi les matériaux résistants à l'abrasion. Mais comment le TiB2 se compare-t-il aux céramiques de borure et de carbure plus courantes telles que le carbure de bore (B4C) et le carbure de silicium (SiC) ?

Propriété	Borure de titane	Carbure de bore	Carbure de silicium
Dureté	30 GPa	28 GPa	24 GPa
Densité	4,5 g/cc	2,5 g/cc	3,2 g/cc
Résistance à la compression	2200 MPa	3900 MPa	3000 MPa
Résistance à la flexion	350 MPa	400 MPa	550 MPa
Température maximale d'utilisation	2500°C	2300°C	1650°C
Cond. thermique	60 W/mK	30 W/mK	120 W/mK
Cond. électrique.	Métallique	Isolation	Semi-conducteur
Taux d'usure	0,2 x 10^-6 mm3/Nm	1,4 x 10^-6 mm3/Nm	7,0 x 10^-6 mm3/Nm
Prix	Haut $$$	Faible $	Moyen $$

Les comparaisons ci-dessus avec les poudres de carbure de bore et de carbure de silicium démontrent la dureté exceptionnelle du borure de titane tout en conservant une conductivité électrique métallique peu commune parmi les céramiques.

• Le diborure de titane est hautement réfractaire comme le carbure de bore, avec une résistance stable à haute température au-delà de 2500°C, supérieure à celle du SiC.
• Le taux d'usure du TiB2 est extrêmement faible, même par rapport à d'autres céramiques dures, ce qui le rend plus résistant aux conditions érosives.
• Mais le borure de titane a une résistance à la flexion et une ténacité à la rupture relativement faibles, ce qui limite son adoption pour les applications structurelles soumises à de très fortes contraintes.

L'un des principaux inconvénients est le prix élevé de la poudre de borure de titane, qui a limité l'adoption par rapport aux abrasifs SiC et B4C plus économiques. Toutefois, la durée de vie plus longue des composants en TiB2 peut justifier des investissements initiaux plus élevés en matériaux par des coûts de cycle de vie du produit plus faibles dans les utilisations exigeantes.

Avantages et limites de la Poudre de borure de titane

Voici un résumé concis des principaux avantages et inconvénients de ce matériau céramique avancé :

Avantages	Inconvénients
- Dureté exceptionnelle qui n'est surpassée que par le diamant/CBN pour la résistance à l'usure	- Relativement fragile avec une faible ténacité à la rupture
- Capacité à supporter des températures extrêmement élevées, supérieures à 2500°C	- Coûts des matériaux plus élevés que ceux du carbure de tungstène ou du nitrure de silicium
- Conserve sa résistance à la compression à des températures élevées	- Il est difficile de densifier complètement, ce qui nécessite un pressage à chaud.
- Résiste à l'oxydation/corrosion même à des températures élevées	- Disponibilité limitée des produits commerciaux
- Conductivité thermique élevée	- Difficile à usiner, nécessitant des outils diamantés
- Conducteur électrique pour éviter l'accumulation de charges	- Susceptible d'être hydrolysé, il doit être manipulé avec précaution.
- Densité relativement faible par rapport à d'autres céramiques dures

Le borure de titane se distingue par une conductivité électrique semblable à celle du métal, tout en conservant une dureté exceptionnelle, une capacité thermique et une résistance chimique inégalées par les matériaux concurrents. Ces caractéristiques permettent d'améliorer considérablement la durabilité des composants, la productivité et les coûts du cycle de vie pour les applications appropriées.

FAQ

Qu'est-ce que la poudre de borure de titane (TiB2) ?

Le borure de titane (TiB2) est un composé composé d'atomes de titane et de bore. Il s'agit d'un matériau céramique doté de propriétés exceptionnelles, notamment une grande dureté, une conductivité électrique et une résistance chimique.

Quelles sont les applications courantes de la poudre de TiB2 ?

La poudre de TiB2 est utilisée dans diverses applications, notamment les outils de coupe, les revêtements résistants à l'usure, les composants aérospatiaux et les contacts électriques. Elle est également utilisée dans la production de composites céramiques.

Quelle est la couleur et l'apparence de la poudre de TiB2 ?

Poudre de borure de titane est généralement de couleur grise ou noire et a une texture fine et poudreuse.

Quelle est la dureté de la poudre de TiB2 ?

Le TiB2 est réputé pour sa dureté exceptionnelle, se classant parmi les matériaux céramiques connus les plus durs. Sa dureté est généralement comprise entre 22 et 28 GPa sur l'échelle de dureté de Vickers.

Le TiB2 est-il conducteur d'électricité ?

Oui, le TiB2 présente une bonne conductivité électrique, ce qui le rend adapté aux applications nécessitant à la fois une dureté élevée et une conductivité électrique, telles que les contacts électriques.

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