이붕화 티탄 분말

이붕화티타늄(TiB2)은 항공우주, 방위, 자동차, 제조 등의 까다로운 산업 분야에 적합한 고유한 특성을 지닌 고급 세라믹 소재입니다. 이 문서에서는 다음에 대한 개요를 제공합니다. 이붕화 티타늄 분말의 주요 특징, 생산 방법, 다양한 분야에서 현재 및 새롭게 떠오르고 있는 용도에 대해 알아보세요.

이붕화 티탄 분말 개요

이붕화 티타늄은 티타늄과 붕소로 구성된 내화성 세라믹 화합물입니다. 화학식은 TiB2입니다. 이 고급 소재의 주요 특징 몇 가지를 간략히 살펴보겠습니다:

주요 속성:

• 극도의 경도 - 모스 스케일 기준 9-9.5
• 실온 및 고온에서 높은 강도
• 뛰어난 열 및 전기 전도성
• 낮은 열팽창 계수
• 우수한 내식성 및 내산화성
• 화학 공격에 대한 높은 내성
• 저밀도 - 4.5g/cm3

제작 방법:

• 자체 전파 고온 합성(SHS)
• 이산화티타늄과 탄화붕소의 반응
• 이산화티타늄 및 산화붕소 감소
• CVD, 솔젤 등 다른 방법도 있습니다.

공통 양식:

• 가루
• 핫 프레스 부품
• 용사 코팅
• 복합 제형

산업 응용 분야:

• 절삭 공구 및 마모 부품
• 엔진 구성 요소
• 열 관리 시스템
• 탄도 장갑 시스템
• 원자력 애플리케이션 - 전자 및 센서
• 3D 프린팅의 새로운 용도

이러한 탁월한 특성은 이붕화 티타늄 합성에 사용되는 결정 구조, 화학량론 및 공정 조건에서 비롯됩니다. 이러한 측면을 좀 더 자세히 살펴보겠습니다:

구성 및 결정 구조

이붕화 티타늄은 티타늄 원자 평면이 흑연과 같은 붕소 그물과 번갈아 가며 배열된 단순한 육각형 결정 격자를 가지고 있습니다. 이러한 배열로 인해 독특한 전기적, 열적, 기계적 특성이 발생합니다.

원소 구성

이붕화 티탄 분말의 중량 비율별 원소 구성은 다음과 같습니다:

• 티타늄 - 69.96%
• 붕소 - 30.04%

티타늄과 붕소의 정확한 2:1 몰 비율을 통해 최적의 특성에 필요한 화학량론적 TiB2 화합물을 형성할 수 있습니다.

결정 구조

이붕화 티타늄의 육각형 단위 셀 치수는 다음과 같습니다:

• a = b = 3.028 Å
• c = 3.228 Å

티타늄과 붕소 원자는 서로 강한 공유 결합을 가지고 있습니다. 이 층상 배열은 이붕화티타늄에 우수한 기저면 강도를 부여하는 동시에 여러 층에 걸쳐 금속과 같은 전기 전도성을 가능하게 합니다.

격자 매개변수

고순도 이붕화 티타늄 분말은 다음과 같은 격자 매개 변수를 가져야 합니다:

• a = 3.029 Å
• c = 3.229 Å
• C/A 비율 = 1.066
• 셀 부피 = 23.06 Å3

격자 치수를 주의 깊게 모니터링하면 다음과 같은 품질 점검이 가능합니다. 이붕화 티타늄 분말 합성을 통해 상 순도를 보장하고 이차 상 형성을 방지합니다.

주요 속성 및 특성

결정 구조, 화학량론 및 가공 조건의 조합으로 이붕화티타늄 분말은 극한 환경에 적합한 고유한 다기능 특성을 지니게 됩니다.

기계적 특성

티타늄 디보라이드는 극한의 경도, 고강도, 중간 정도의 파단 인성 덕분에 높은 마모, 마모, 침식 및 하중 조건을 견딜 수 있습니다.

물리적 속성

이붕화티타늄은 내화성, 높은 전도성 및 낮은 팽창성 특성으로 인해 극한의 열과 열 순환을 견딜 수 있습니다.

화학적 특성

이러한 화학적 특성은 반응성 환경과 공정 조건에서 이붕화티타늄 성분을 보호합니다.

기계적, 물리적, 화학적 특성의 희귀한 조합으로 인해 이붕화티타늄은 특수한 용도로 가치를 인정받고 있습니다.

생산 방법 이붕화 티탄 분말

이러한 첨단 응용 분야에 적합한 이붕화 티타늄 분말은 기존의 세라믹 분말 가공 기술로는 생산할 수 없습니다. 이 초고온 화합물을 합성하려면 특수한 비평형 공정이 필요합니다.

자체 전파 고온 합성

SHS 방식은 티타늄과 붕소 전구체 간의 고열 산화 환원 반응을 통해 2000°C 이상의 TiB2를 생성합니다. 이산화티타늄과 붕소 분말 혼합물은 국부적인 가열에 의해 점화되어 반응물을 이붕화티타늄 생성물로 전환하는 연소 전선을 유지합니다. SHS의 장점은 짧은 형성 시간, 단일 단계 합성, 20~50nm 크기의 미세한 결정질 분말을 얻을 수 있다는 점입니다.

감소 프로세스

TiB2 분말은 다양한 방법으로 1800~2200°C에서 붕소/탄소 공급원으로 TiO2 공급 원료를 환원하여 제조할 수 있습니다:

• 마그네슘을 이용한 금속 열 감소
• 실리콘 산화물을 이용한 규소 열 환원
• 알루미늄을 통한 알루미늄 열 감소
• 진공 상태에서의 탄화열 및 보로열 감소

기타 프로세스

나노 크기 및 초미세 이산화티타늄 분말을 제조하기 위해 솔-겔, CVD, 플라즈마 합성 등의 추가 기술도 연구되고 있습니다.

응집 제거, 밀링 및 분류를 통한 적절한 후처리를 통해 애플리케이션별 입자 크기와 크기 분포를 사용할 수 있습니다.

제품 사양

상업용 및 연구용 이붕화 티탄 분말은 응용 분야의 요구 사항을 충족하는 표준화된 제품 및 맞춤형 제품으로 제공됩니다:

크기

• 나노 분말: 입자 크기 <100nm
• 초미세 분말: 입자 크기 0.1 - 1 μm
• 미세 분말: 입자 크기 1-10 μm
• 굵은 분말: 입자 크기 > 10μm

형태학

• 구형, 각진, 박편, 수지상 입자
• 응집 정도

순도 등급

• 연구 등급 - >= 92-98% TiB2
• 기술 등급 - >= 94% TiB2
• 산업용 등급 - >= 96-99% TiB2

표면적

• 낮은 표면적 ~1~5m2/g
• 높은 표면적 5-25 m2/g

사용자 지정

• 도펀트 추가 - Ta, Nb, TiC 등
• 복합 제형
• 원하는 입자 크기 분포

순도, 밀도, 입자 특성은 완제품 품질에 직접적인 영향을 미치므로 적용 목표를 이해하면 적절한 파우더 등급을 선택할 수 있습니다.

가격 책정

이붕화 티타늄 분말 가격

가격은 다음에 따라 다릅니다:

• 순도 등급
• 생산 규모
• 파티클 특성
• 희귀 사양
• 구매 수량

가격 영향 요인:

• 원자재 비용
• 에너지 집약적 처리
• 전문화된 비평형 기법
• 다양한 후처리 단계
• 특별 취급 및 배송 프로토콜

비용 절감 접근법:

• 저순도 등급 파우더로 전환
• 할인 요금으로 구매 수량 늘리기
• TiB2 파우더 대신 Ti 및 B 전구체 혼합물 구매하기

공급업체

첨단 엔지니어링 세라믹 소재인 이붕화티타늄 분말은 전 세계적으로 대규모 생산업체가 거의 없습니다. 몇몇 주요 공급업체가 있습니다:

주요 제조업체

• H.C. 스탁 - 독일
• Materion - 미국
• 3M - 미국
• 일본 신금속 주식회사 - 일본

기타 공급업체

• 스탠포드 첨단 재료 - 미국
• 에지테크 산업 - 영국
• 마이크론 메탈 - 미국
• 나노쉘 - 미국

이붕화 티타늄의 응용 분야

이붕화 티타늄 분말의 탁월한 특성 조합으로 인해 여러 산업 분야의 특수 응용 분야에 적합합니다:

절삭 공구의 TiB2 응용 분야

이붕화 티타늄은 극한의 경도, 높은 강도, 우수한 열전도성 및 내화학성을 갖추고 있어 절삭 공구 인서트 및 기타 마모 부품을 만드는 데 탁월한 소재입니다.

TiB2 절삭 공구 사양

TiB2 도구 작동 조건

• 고속 가공 > 100m/min
• 기계적 충격 및 진동으로 인한 절단 중단
• 절삭유가 부족하거나 건조한 가공 환경

가공에 적합

• 마모성이 높은 소재 - CFRP, MMC, 니켈 합금
• 항공우주 등급 알루미늄, 티타늄 및 초합금
• 경화강 - 공구강, 스테인리스강 및 슈퍼강

다른 도구 재료에 비해 장점

• 텅스텐 카바이드보다 4배 높은 경도
• 알루미나 공구보다 우수한 내마모성
• 700°C 이상에서 cBN 공구보다 높은 강도를 제공합니다.
• SiC, Si3N4 세라믹 대비 화학적 불활성 향상

TiB2 절삭 공구 제품

• 복잡한 형상의 인덱서블 인서트
• 솔리드 엔드밀 및 드릴 비트
• 사용자 지정 도구 모양

따라서 이붕화 티타늄은 수명 연장, 생산성 향상, 적합한 작업 재료 확대를 통해 툴링 비용의 이점을 제공합니다.

아머 애플리케이션

TiB2는 밀도가 낮고 강도와 경도가 높기 때문에 위협으로부터 차량을 보호할 뿐만 아니라 인명을 보호하는 효율적인 탄도 장갑 소재로 사용됩니다.

TiB2 갑옷 타일 사양

TiB2를 사용한 차량 선체 설계

• 장갑차용 ERA 타일
• RHA 스틸 및 섬유 금속 라미네이트 백킹
• CFRP 페이스 시트가 있는 복합 샌드위치 구조물

개인용 방탄복 삽입물

• 리지드 페이스 세라믹 플레이트
• 패브릭 레이어가 있는 소프트 아머 조끼
• 피해 내성 덕분에 다중 타격 가능

장점

• 알루미나 갑옷 대비 2배 낮은 밀도
• SiC 제품보다 저렴한 비용과 무게
• 모놀리식 세라믹과 달리 다중 타격 보호 기능 제공

따라서 TiB2는 사람이 휴대할 수 있는 장비나 전투 차량에 더 가볍고 강력한 장갑 솔루션을 제공합니다.

열 관리 애플리케이션

이붕화 티타늄은 뛰어난 열전도율과 높은 온도 안정성 및 저항성이 결합되어 있어 극한의 온도 및 부식성 환경에서 열 관리 부품에 유용합니다.

TiB2 히트 스프레더

산업 및 용도

• 마이크로일렉트로닉스 - Cu/Al 인터페이스가 있는 IC 방열판
• 집중형 태양광 발전소 - 중앙 수신기
• 우주선 - 연소실, 로켓 노즐
• 원자력 - 토카막 원자로의 플라즈마 대향 부품

다른 자료에 비해 장점

• Cu/Mo 기반 방열판보다 가볍습니다.
• Al 또는 SS 합금보다 높은 온도에 견딜 수 있습니다.
• 탄화물에 비해 전도성 및 불활성이 향상됨
• 다이아몬드 또는 열분해 흑연보다 저렴한 비용

따라서 이붕화 티타늄은 고전력 시스템에서 열유속을 관리하기 위해 복합재와 같은 열 특성을 제공합니다.

금속-매트릭스 및 세라믹 복합재

높은 강도 대 밀도 비율과 화학적 호환성으로 인해 이붕화티타늄은 금속, 금속 간 및 세라믹 복합 재료를 만드는 데 매력적인 첨가제입니다.

TiB2 강화 금속 매트릭스 복합재

일반적으로 상당한 성능 향상을 달성하기 위해 20-40%의 TiB2 부피 분율을 추가합니다.

TiB2 세라믹 복합재

TiB2는 다른 경질 세라믹과의 호환성이 뛰어나 맞춤형 특성을 가진 복합재를 제조할 수 있습니다.

혜택

• 고온 강도 증가
• 밀도는 줄이면서 강성은 높임
• 마모 애플리케이션을 위한 향상된 경도
• 뜨거운 부분 부품의 열 전도성 향상

비교 평가 이붕화 티탄 분말

이붕화 티타늄은 매력적인 특성을 가지고 있지만 애플리케이션 요구 사항과 비용 제약에 따라 선택해야 합니다. 다음은 대체 소재에 대한 TiB2의 가중치입니다:

툴 머티리얼과 비교

이붕화 티타늄은 낮은 가격대에서 경도와 온도 특성이 최적의 균형을 이룹니다.

아머 세라믹과 비교

예산에 민감하면서도 성능 중심의 갑옷 프로젝트를 위해 TiB2는 경제적인 보호 기능을 제공합니다.

내화성 금속과의 비교

이붕화 티타늄은 일부 열적 및 물리적 특성에서 초고온 금속과 유리하게 경쟁합니다.

운영 조건을 면밀히 분석하면 비용 차이를 고려할 때 TiB2가 다른 소재 선택에 비해 충분한 이점을 제공하는지 파악할 수 있습니다.

TiB2 파우더의 장점과 한계

다른 첨단 소재와 마찬가지로 이붕화티타늄은 상당한 이점을 제공하지만 사용 및 취급과 관련하여 몇 가지 과제를 안고 있습니다:

이붕화 티타늄 - 장점

• 내마모성을 위한 극한의 경도
• 다양한 온도 범위에서 높은 강도
• 열 충격 및 사이클링에 대한 내구성
• 산성/알칼리성 환경에서 화학적으로 불활성입니다.
• 더 가벼운 갑옷과 엔진 사용 가능
• 다이아몬드, cBN 등에 비해 경제적입니다.

이붕화 티탄 - 단점

• 손상 내성이 약한 깨지기 쉬운 소재
• 가공 또는 충격으로 인해 깨지기 쉬움
• 고온 처리 필요
• 금속이나 세라믹과 결합하기 어려움
• 1000°C 이상에서 빠르게 산화
• 제한된 공급업체와 높은 비용

완화 전략

• 산화 방지 및 윤활성을 위해 적절한 코팅을 적용합니다.
• 나노 구조 유지를 위한 무압 소결 대 용융 소결의 선택
• Ni, Cu와 같은 연성 상 강화재를 사용하여 인성 개선
• 접합에 적합한 본딩 레이어 또는 그라데이션 사용
• 복합재를 활용하여 내재적 취성을 상쇄하는 방법

티타늄 이붕화물의 기능이 한계보다 큰 경우에만 선택적으로 활용하면 최적의 성능을 얻을 수 있습니다.

자주 묻는 질문

다음은 이붕화티타늄 분말과 관련하여 자주 묻는 질문에 대한 답변입니다:

이붕화티타늄 분말이란 무엇인가요?

이붕화 티타늄(TiB2) 분말은 티타늄과 붕소로 구성된 세라믹 소재입니다. 경도가 뛰어나고 녹는점이 높은 것으로 알려져 있습니다.

이붕화티타늄 분말의 주요 특성은 무엇인가요?

이붕화 티타늄 분말은 높은 경도, 우수한 내마모성, 높은 융점(약 2980°C 또는 5396°F), 우수한 전기 전도성이 특징입니다.

이붕화티타늄 분말의 일반적인 용도는 무엇인가요?

이붕화 티타늄 분말은 절삭 공구, 갑옷 재료, 내마모성 코팅, 복합재료의 보강재 등 다양한 용도로 사용됩니다.

이붕화티타늄 분말은 독성이 있거나 위험한가요?

이산화티타늄 분말은 일반적으로 올바르게 취급하면 안전한 것으로 간주됩니다. 하지만 다른 미세 분말과 마찬가지로 흡입이나 피부 접촉을 피하기 위해 주의해서 취급해야 합니다. 산업 환경에서는 적절한 안전 예방 조치를 따라야 합니다.

이붕화 티타늄 분말을 3D 프린팅에 사용할 수 있나요?

예, 이산화티타늄 분말은 3D 프린팅을 포함한 적층 제조 분야에서 사용됩니다. 강하고 내마모성이 강한 부품 및 구성 요소를 만드는 데 사용할 수 있습니다.

이붕화티타늄 분말은 어떻게 생산되나요?

이산화티타늄 분말은 일반적으로 이산화티타늄과 산화붕소를 탄소가 있는 상태에서 고온에서 반응시키는 탄화수소 환원이라는 공정을 통해 생산됩니다.

절삭 공구에 이붕화 티타늄 분말을 사용하면 어떤 이점이 있나요?

이붕화 티타늄은 경도와 내마모성이 뛰어나 절삭 공구에 탁월한 소재로 알려져 있습니다. 날카로운 모서리를 오랫동안 유지할 수 있어 공구를 자주 교체할 필요성을 줄여줍니다.

이붕화티타늄 분말은 비쌉니까?

이산화티타늄 분말은 고유한 특성과 생산 공정으로 인해 다른 소재에 비해 상대적으로 가격이 비쌀 수 있습니다. 비용은 순도와 입자 크기에 따라 달라질 수 있습니다.

이붕화 티타늄 분말을 항공우주 분야에 사용할 수 있나요?

예, 이붕화티타늄 분말은 항공우주 분야, 특히 터빈 블레이드 및 노즐과 같이 고온 및 내마모성이 요구되는 부품에 사용됩니다.

이붕화티타늄 분말은 전기 전도성이 있나요?

예, 이붕화티타늄은 전기 전도성이 있어 경도와 전기 전도성이 모두 필요한 분야에 적합합니다.

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