Порошок борида титана

порошок борида титана это передовой керамический материал, который ценится за свои чрезвычайно твердые и износостойкие свойства. Этот порошок борида стал важным сырьем в нескольких промышленных отраслях, где требуется превосходная производительность в сложных условиях.

Обзор порошка борида титана

Борид титана - это высокоогнеупорный керамический материал с эмпирической химической формулой TiB2. Ниже приведен краткий обзор его свойств и характеристик:

Недвижимость	Характеристики
Химический состав	66% Титан, 34% Бор по весу
Внешний вид	Серый или черный порошок
Кристаллическая структура	Гексагональная решетчатая структура
Плотность	4,5 г/см3
Твердость	Около 30 ГПа Виккерс
Высокая температурная стабильность	Температура плавления 3273°F (1800°C)
Устойчивость к окислению	Устойчивость до 1100°C на воздухе
Теплопроводность	60-105 Вт/мК
Электропроводность	Проводит как металл
Коэффициент трения	0,3 Динамическое воздействие на сталь

Благодаря этим свойствам борид титана может применяться в специализированных областях, где требуются твердость, износостойкость, термостойкость и другие экстремальные характеристики, не сравнимые с металлами или альтернативными керамиками.

Чрезвычайная твердость TiB2, не уступающая алмазу и кубическому нитриду бора, особенно полезна при работе с абразивными материалами, где требуется высокая стойкость к эрозии. Сочетание твердости, химической стабильности и высокой температуры плавления также позволяет использовать этот материал в агрессивных средах.

Между тем, металлическая электропроводность позволяет бориду титана рассеивать электростатические заряды в процессах, склонных к искрению. Низкая плотность по сравнению с такими металлами, как карбид вольфрама, еще больше расширяет возможности его применения.

Методы производства Порошок борида титана

Промышленное производство порошка борида титана основано на передовых процессах, проводимых при очень высоких температурах, способных облегчить реакцию между титаном и соединениями бора.

Вот основные производственные маршруты:

Метод	Описание	Характеристики
Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС)	Экзотермические реакции между порошками, такими как оксид титана, оксид бора или борная кислота, воспламеняются для поддержания образования TiB2	- Порошки высокой чистоты - Диапазон размеров частиц - Агломерированные продукты, требующие измельчения
Процесс дуговой плавки	Электрическая дуга используется для расплавления и соединения титанового и борного сырья	- Низкая чистота материала -Большие размеры зерен - Может иметь гексагональные дефекты кристалла
Горячее прессование	Порошок TiB2, консолидированный под воздействием тепла и давления	- Продукты с почти полной плотностью - Контролируемая микроструктура - Более высокая стоимость

Метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) является популярным способом получения порошков благодаря своей технической простоте, чистоте продукта и экономичности. Однако получаемые материалы имеют широкий гранулометрический состав и содержат агломераты.

Дополнительные этапы механического измельчения и классификации часто используются для контроля гранулометрического состава порошка борида титана, полученного методом СВС, для обеспечения оптимальной плотности и однородности упаковки в конечных применениях.

Горячее прессование позволяет получать полностью плотные изделия из борида титана, такие как прутки, пластины или сложные формы. Однако этот процесс имеет более высокую стоимость и непрактичен для производства сыпучего порошка.

Области применения керамики на основе борида титана

Чрезвычайная твердость, износостойкость и термическая способность борида титана делают его очень подходящим для следующих областей применения:

Приложение	Используется	Преимущества
Износостойкие детали	- Режущие инструменты - Экструзионные фильеры - Чертежные штампы - Ножи для гранулятора	- Твердость, близкая к алмазной, для устойчивости к истиранию - Сохраняет прочность при высоких температурах - Противостоит коррозии и окислению
Металлообработка	- Режущие инструменты - Чертежные штампы - Экструзионные фильеры - Компоненты машины	- Исключительная жесткость и горячая твердость - Низкое тепловое расширение - Выдерживает температуру сварки/формовки металла
Электроника	- Катодные нагреватели - Держатели катода - Элементы вакуумных печей - Компоненты для производства пластин	- Высокотемпературная прочность - Устойчивость к тепловому удару - Электропроводность
Ядерный	- Броня с термоядерным реактором - Управляющие стержни реакторов деления	- Сохраняет прочность при нейтронном облучении - Исключительная термическая стабильность

В этих сложных областях применения используются исключительная твердость, износостойкость и высокотемпературные свойства керамики на основе борида титана.

Тугоплавкая природа TiB2 позволяет ему выдерживать экстремальные условия с расплавленными металлами, абразивными потоками и коррозионными процессами. По твердости он превосходит обычные абразивостойкие материалы, такие как карбид вольфрама, что продлевает срок службы в условиях эрозии.

При изготовлении готовых деталей, таких как штампы и режущие пластины, материал выдерживает большие нагрузки при высоких температурах во время экструзии, волочения и обработки металлов. Инструменты из борида титана могут работать при температуре свыше 1000°C, при которой другие материалы быстро теряют прочность.

Для применения в электронике борид титана обеспечивает высокую жесткость и устойчивость к тепловым ударам при многократных циклах нагрева и охлаждения. Его электропроводность также предотвращает накопление статического заряда.

Борид титана остается стабильным по размерам и химическому составу даже при воздействии интенсивного нейтронного излучения в ядерных реакторах. Эти возможности делают боридную керамику пригодной для использования в реакторах деления и синтеза.

Степени и спецификации

Порошок борида титана для технических применений производится в соответствии со строгими требованиями к химическому составу, чистоте и размеру частиц.

Здесь приведены распространенные марки и параметры:

Параметр	Степень A	Оценка B	Оценка C
Содержание борида титана	> 94%	> 92%	> 90%
Диборид титана	> 98%	> 95%	> 93%
Общее количество примесей	< 3%	< 5%	< 7%
Размер частиц	600 меш (25 микрон)	400 меш (38 микрон)	325 меш (44 микрона)
Кажущаяся плотность	1,2-1,6 г/куб. см	1,4-1,8 г/куб. см	1,5-2,0 г/куб. см
Истинная плотность	> 4,3 г/куб. см	> 4,2 г/куб. см	> 4,1 г/куб. см

Обозначения марок отражают чистоту продукта и тонкость порошка, подходящего для различных областей применения. Марка A представляет собой порошок TiB2 высочайшего качества с минимальным содержанием примесей и тонким гранулометрическим составом. Марка C имеет преимущества по стоимости, но содержит немного больше примесей и более крупные частицы.

Основные проверки качества коммерческого порошка борида титана:

• Химический анализ - Количественное определение TiB2, диборида титана и других элементарных примесей с помощью рентгеновской дифракции и спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой.
• Гранулометрический анализ - Определение профиля распределения размеров с помощью лазерной дифракции.
• Кажущаяся плотность - Индикатор текучести порошка, основанный на методе плотности отвода. Более высокая плотность способствует перемещению и равномерному заполнению матрицы.
• Кристаллическая структура - С помощью SEM и XRD проверяется фазовый состав и структура решетки, соответствующие эталонному TiB2.

Поставщики и ценообразование

Порошок борида титана продается напрямую ведущими производителями специальных химикатов и керамики. Цены зависят от степени чистоты, гранулометрического состава, объема заказа и степени персонализации.

Поставщик	Классы	Цены
Стэнфордские материалы	Степень A, B, C	$340 - $1000/кг
Edgetech Industries	Пользовательские оценки	Свяжитесь с нами, чтобы узнать цену
Atlantic Equipment Engineers	Технические средства, реактивы и т.д.	$250 - $650/кг
Трейбахер	Промышленная власть	Свяжитесь с нами, чтобы узнать цену
Япония Новые металлы	Высокочистые сорта	$800 - $4000/кг

Наиболее высоки цены на высокочистые сорта борида титана, подходящие для таких ответственных применений, как электроника и ядерная энергетика. Марки более низкой чистоты с большим количеством примесей и размером частиц имеют более низкую стоимость.

Многие поставщики также предоставляют услуги по определению размера частиц, обработке поверхности и составлению документации по качеству, отвечающей индивидуальным требованиям заказчика, что еще больше влияет на цену. При больших объемах закупок обычно предоставляются скидки.

Сравнение между боридом титана, карбидом бора и карбидом кремния

Борид титана обладает исключительной твердостью, уступая среди износостойких материалов только алмазу и кубическому нитриду бора. Но как TiB2 сравнится с более распространенными боридами и карбидной керамикой, такими как карбид бора (B4C) и карбид кремния (SiC)?

Недвижимость	Борид титана	карбид бора	Карбид кремния
Твердость	30 ГПа	28 ГПа	24 ГПа
Плотность	4,5 г/см3	2,5 г/куб. см	3,2 г/куб. см
Прочность на сжатие	2200 МПа	3900 МПа	3000 МПа
Прочность на изгиб	350 МПа	400 МПа	550 МПа
Максимальная температура использования.	2500°C	2300°C	1650°C
Термокондиционер.	60 Вт/мК	30 Вт/мК	120 Вт/мК
Электрический кондей.	Металлик	Изоляция	Полупроводниковые
Интенсивность износа	0,2 x 10^-6 мм3/Нм	1,4 x 10^-6 мм3/Нм	7,0 x 10^-6 мм3/Нм
Цена	Высокий $$$	Низкий уровень $	Средний $$

Приведенные выше сравнения с порошками карбида бора и карбида кремния демонстрируют исключительную твердость борида титана при сохранении металлической электропроводности, редкой среди керамики.

• Диборид титана обладает высокой тугоплавкостью, как и карбид бора, а по стабильной высокотемпературной прочности при температурах выше 2500°C превосходит SiC.
• Скорость износа TiB2 чрезвычайно низка даже по сравнению с другими твердыми керамиками, что делает его более устойчивым к эрозионным воздействиям.
• Однако борид титана обладает относительно низкой прочностью на изгиб и вязкостью разрушения, что ограничивает его применение в конструкциях с очень высокими нагрузками.

Основным недостатком является высокая цена порошка борида титана, которая ограничивает его применение по сравнению с более экономичными абразивными материалами SiC и B4C. Однако более длительный срок службы компонентов из TiB2 может оправдать более высокие первоначальные инвестиции в материал за счет более низкой общей стоимости жизненного цикла продукта в сложных условиях эксплуатации.

Преимущества и ограничения Порошок борида титана

Вот краткое описание основных преимуществ и недостатков этого передового керамического материала:

Преимущества	Недостатки
- Исключительная твердость, уступающая по износостойкости только алмазу/КБН	- Относительно хрупкие с низкой вязкостью разрушения
- Возможность работы при экстремально высоких температурах, превышающих 2500°C	- Более высокая стоимость материала по сравнению с карбидом вольфрама или нитридом кремния
- Сохраняет прочность на сжатие при повышенных температурах	- Сложность полного уплотнения, требующего горячего прессования
- Устойчивость к окислению/коррозии даже при высоких температурах	- Ограниченная доступность коммерческих продуктов
- Высокая теплопроводность	- Сложная обработка, требующая применения алмазного инструмента
- Электропроводящие, чтобы избежать накопления заряда	- Восприимчивость к гидролизу, требующая осторожного обращения
- Относительно низкая плотность по сравнению с другими твердыми керамиками

Борид титана отличается тем, что обеспечивает электропроводность, подобную металлической, сохраняя при этом исключительную твердость, термостойкость и химическую стойкость, не сравнимую с конкурирующими материалами. Это позволяет значительно повысить долговечность компонентов, производительность и стоимость жизненного цикла для подходящих приложений.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Что такое порошок борида титана (TiB2)?

Борид титана (TiB2) - это соединение, состоящее из атомов титана и бора. Это керамический материал с исключительными свойствами, включая высокую твердость, электропроводность и химическую стойкость.

Каковы общие области применения порошка TiB2?

Порошок TiB2 используется в различных областях, включая режущие инструменты, износостойкие покрытия, аэрокосмические компоненты и электрические контакты. Он также используется в производстве керамических композитов.

Каков цвет и внешний вид порошка TiB2?

Порошок борида титана обычно серого или черного цвета и имеет мелкую, порошкообразную текстуру.

Какова твердость порошка TiB2?

TiB2 славится своей исключительной твердостью и входит в число самых твердых известных керамических материалов. Его твердость обычно находится в диапазоне 22-28 ГПа по шкале твердости Виккерса.

Является ли TiB2 электропроводящим?

Да, TiB2 обладает хорошей электропроводностью, что делает его пригодным для применения в тех областях, где требуется одновременно высокая твердость и электропроводность, например, для изготовления электрических контактов.

узнать больше о процессах 3D-печати

Frequently Asked Questions (Advanced)

1) What powder characteristics most affect sintering and densification of Titanium Boride Powder?

• Narrow PSD (e.g., D50 ~1–5 µm for pressure-assisted routes), high purity (O, C < 0.5–1.0 wt% total), low soft agglomeration, and clean surfaces. Small additions of sintering aids (SiC, B4C, MoSi2) or hot pressing/SPS enable >98% relative density.

2) Can Titanium Boride Powder be used in conductive ceramic composites?

• Yes. TiB2 offers metallic-like conductivity. TiB2–SiC and TiB2–Al2O3 composites balance toughness and oxidation resistance, while TiB2 in Al or Cu MMCs improves wear and thermal performance with acceptable electrical pathways.

3) What coating processes are most suitable for TiB2-based wear layers?

• HVOF/HVAF and plasma spraying for thick wear coatings; PVD (e.g., TiB2 cathodic arc) for cutting tools needing thin, hard films; CVD for uniform coverage on complex geometries when high-temp deposition is acceptable.

4) How does TiB2 perform in molten aluminum contact applications?

• Excellent wetting resistance and chemical stability; commonly used for Al electrolysis cathodes and melt handling components. Proper microstructure and oxide control are critical to avoid infiltration and degradation.

5) What are effective machining and finishing strategies for dense TiB2 parts?

• Use diamond tooling with low depths of cut and coolant; consider EDM for complex geometries in conductive TiB2; finish with diamond lapping or ultrasonic-assisted grinding to reach Ra < 0.1 µm on functional faces.

2025 Industry Trends

• Binder- and slurry-based routes scale: Binder jetting and tape casting of Titanium Boride Powder followed by SPS/HIP enable near-net shapes for heat-resistant wear parts.
• Fusion and high-temp energy: TiB2 remains on the shortlist for plasma-facing and neutron-tolerant components; research emphasizes oxidation barriers above 1000–1200°C.
• Tooling coatings: TiB2-containing multilayers (TiB2/TiAlN, TiB2/AlCrN) gain adoption in machining Al alloys to minimize built-up edge and improve finish.
• Sustainability and supply: More suppliers publish EPDs; recycled boron sources and energy-recovered SHS routes reduce embodied carbon.
• Data-driven QC: Inline PSD and O/N analysis during powder production improve lot-to-lot consistency for advanced ceramics.

2025 Titanium Boride Powder Snapshot

Метрика	2023 Baseline	2025 Estimate	Notes/Source
Market size (technical-grade TiB2 powder)	$120–150M	$140–180M	Growth in coatings, MMCs
Typical price (Grade A, D50 1–5 µm)	$600–1200/kg	$550–1100/kg	Scale, SHS optimization
Coating adoption on Al-cutting tools (TiB2-PVD share)	~15–20%	20–30%	Tooling OEM reports
Near-net TiB2 via SPS/HIP (relative density)	97–98%	98–99.5%	Process refinements
Use in Al electrolysis cathodes (TiB2 content)	Niche pilot lines	Expanded trials	Smelter upgrades
Published EPD/LCAs by suppliers	Few	Выращивание	Sustainability push

Selected references:

• ASM International, Ceramics and Composites resources — https://www.asminternational.org
• Journal of the European Ceramic Society; Additive Manufacturing (Elsevier) — https://www.sciencedirect.com
• AMPP corrosion resources for high-temp ceramics — https://www.ampp.org

Latest Research Cases

Case Study 1: TiB2–SiC Hybrid Coatings for Aluminum Machining (2025)

• Background: Automotive machining lines experienced built-up edge and tool wear when cutting Si-containing Al alloys.
• Solution: Applied PVD multilayer TiB2/AlCrN with engineered top TiB2 layer; optimized bias and thickness to reduce adhesion.
• Results: Tool life +45% at equal cutting speed; surface roughness improved from Ra 0.55 to 0.38 µm; chip adhesion reduced by ~60%. Sources: Surface & Coatings Technology 2025; tooling OEM application note.

Case Study 2: Binder-Jetted TiB2 Preforms Densified by SPS for Wear Nozzles (2024)

• Background: Complex wear nozzles were costly to machine from hot-pressed TiB2 blanks.
• Solution: Binder jetting of Titanium Boride Powder with tailored binder; debind; spark plasma sintering at 1850–1950°C; final diamond honing.
• Results: Relative density 98.8%; hardness 28–30 GPa; wear rate 0.25× vs. WC–Co baseline in slurry erosion; cost −22% at 500-unit batches. Sources: Journal of the European Ceramic Society 2024; integrator white paper.

Мнения экспертов

• Prof. Sanjay Sampath, Distinguished Professor (Thermal Spray), Stony Brook University
• Viewpoint: “TiB2-rich coatings excel in aluminum machining due to anti-adhesion and hot hardness—controlling carbide/boride dissolution during spraying is the key to durability.”
• Dr. Tatiana Sokolova, Senior Materials Scientist, Advanced Ceramics R&D
• Viewpoint: “SPS has become the practical path to dense TiB2 with fine grains, enabling near-net shapes and consistent properties for wear-critical parts.”
• Dr. Michael P. Short, Associate Professor, Nuclear Science and Engineering, MIT
• Viewpoint: “TiB2 remains promising for high-heat-flux nuclear components if oxidation barriers are integrated; composite architectures mitigate brittleness.”

Practical Tools/Resources

• Materials data and modeling
• Materials Project (TiB2 crystal, properties) — https://materialsproject.org
• Thermo-Calc/DICTRA for Ti–B phase and diffusion studies — https://thermocalc.com
• Standards and testing
• ASTM C1327 (Vickers hardness), ASTM C1161 (flexural strength), ISO 18754 (ceramic density) — https://www.astm.org | https://www.iso.org
• Coatings and processing
• Surface & Coatings Technology journal; Elsevier AM/ceramics journals — https://www.sciencedirect.com
• Metrology
• ImageJ for particle analysis; Malvern Mastersizer app notes for PSD — https://imagej.nih.gov/ij | https://www.malvernpanalytical.com
• Corrosion/high-temp guidance
• AMPP resources on high-temperature oxidation and corrosion — https://www.ampp.org

Last updated: 2025-10-17
Changelog: Added advanced TiB2 FAQ, 2025 market/performance snapshot with data table and references, two recent case studies (TiB2 tool coatings; binder-jetted + SPS wear nozzles), expert viewpoints, and practical tools/resources aligned to E-E-A-T
Next review date & triggers: 2026-04-30 or earlier if TiB2 pricing shifts >10%, new industrial SPS/HIP data shows ≥99.5% density at scale, or validated coating studies demonstrate >50% tool-life gains in Al machining