Titanboridpulver

titanboridpulver är ett avancerat keramiskt material som uppskattas för sina extremt hårda och slitstarka egenskaper. Detta boridpulver har blivit ett viktigt råmaterial inom flera industrisektorer som söker överlägsen prestanda under krävande förhållanden.

Översikt över titanboridpulver

Titanborid är ett mycket eldfast keramiskt material med den empiriska kemiska formeln TiB2. Här följer en kort översikt över dess egenskaper och kännetecken:

Fastighet	Egenskaper
Kemisk sammansättning	66% Titan, 34% Bor i viktprocent
Utseende	Grått eller svart pulver
Kristallstruktur	Hexagonal gitterstruktur
Täthet	4,5 g/cc
Hårdhet	Cirka 30 GPa Vickers
Stabilitet vid hög temperatur	Smältpunkt 1800°C (3273°F)
Oxideringsbeständighet	Motståndskraftig upp till 1100°C i luft
Termisk ledningsförmåga	60-105 W/mK
Elektrisk ledningsförmåga	Ledande som en metall
Friktionskoefficient	0,3 Dynamik mot stål

Dessa inneboende egenskaper gör titanborid lämplig för specialiserade applikationer som kräver hårdhet, slitstyrka, termisk stabilitet och andra extrema prestandaegenskaper som inte kan överträffas av metaller eller alternativa keramer.

Den extrema hårdheten hos TiB2, som konkurrerar med diamant och kubisk bornitrid, är särskilt användbar för abrasiva applikationer där hög erosionsbeständighet krävs. Kombinationen av hårdhet, kemisk stabilitet och hög smältpunkt gör också att materialet kan användas i aggressiva miljöer.

Samtidigt gör den metalliska elektriska ledningsförmågan att titanborid kan avleda elektrostatiska laddningar i gnistbildande processer. Den låga densiteten i förhållande till metaller som volframkarbid breddar dess potentiella tillämpningar ytterligare.

Produktionsmetoder för Titanboridpulver

Kommersiell produktion av titanboridpulver är beroende av avancerade processer som utförs vid mycket höga temperaturer som kan underlätta reaktionen mellan titan- och borföreningar.

Här är de viktigaste tillverkningsvägarna:

Metod	Beskrivning	Egenskaper
Självspridande högtemperatursyntes (SHS)	Exotermiska reaktioner mellan pulver som titanoxid, boroxid eller borsyra antändes för att upprätthålla TiB2-bildningen	- Pulver med hög renhet - Utbud av partikelstorlekar - Agglomererade produkter som kräver malning
Arc-smältningsprocess	Elektrisk båge används för att smälta och kombinera titan- och borråvaror	- Lägre materialrenhet -Större kornstorlekar - Kan ha hexagonala kristalldefekter
Varmpressning	TiB2-pulver konsoliderat under värme och tryck	- Produkter med nästan full densitet - Kontrollerad mikrostruktur - Högre kostnad

Den självförökande högtemperatursyntesen (SHS) är en populär metod för pulverproduktion på grund av dess tekniska enkelhet, produktrenhet och kostnadseffektivitet. De resulterande materialen har dock en bred partikelstorleksfördelning och innehåller agglomerat.

Ytterligare steg med mekanisk malning och klassificering används ofta för att kontrollera partikelstorleksfördelningen hos titanboridpulver som härrör från SHS för optimal packningstäthet och konsistens i slutanvändningsapplikationer.

Samtidigt ger varmpressning helt täta titanboridprodukter som stavar, plattor eller komplexa former. Men processen har högre kostnader och är opraktisk för att producera pulver i bulk.

Användningsområden för titanboridkeramik

Titanboridens extrema hårdhet, slitageegenskaper och termiska förmåga gör den mycket lämplig för följande tillämpningar:

Tillämpning	Användningsområden	Fördelar
Slitdelar	- Skärande verktyg - Strängsprutningsverktyg - Ritningsverktyg - Granulatorblad	- Hårdhet nära diamant för nötningsbeständighet - Bibehåller styrkan vid höga temperaturer - Motstår korrosion och oxidation
Metallbearbetning	- Skärande verktyg - Ritningsverktyg - Strängsprutningsverktyg - Maskinkomponenter	- Extrem styvhet och varm hårdhet - Låg termisk expansion - Tål temperaturer vid svetsning/formning av metall
Elektronik	- Katodvärmare - Katodhållare - Element för vakuumugnar - Komponenter för tillverkning av wafers	- Hållfasthet vid höga temperaturer - Motståndskraft mot termisk chock - Elektrisk ledningsförmåga
Kärnkraft	- Pansar med fusionsreaktor - Kontrollstavar för fissionsreaktorer	- Bibehåller styrkan vid neutronbestrålning - Extrem termisk stabilitet

Dessa krävande applikationer drar nytta av titanboridkeramikens exceptionella hårdhet, slitstyrka och högtemperaturförmåga.

TiB2:s eldfasta egenskaper gör att det tål extrema miljöer med smälta metaller, slipande flöden och korrosiva processförhållanden. Dess hårdhet överträffar vanliga nötningsbeständiga material som volframkarbid för längre livslängd under erosiva förhållanden.

När materialet tillverkas till färdiga komponenter som matriser och skärinsatser klarar det höga påfrestningar vid höga temperaturer under strängpressning, dragning och bearbetning av metaller. Verktyg av titanborid kan användas vid metallbearbetningstemperaturer på över 1000°C där andra material snabbt skulle förlora sin styrka.

För elektronikapplikationer erbjuder titanborid hög styvhet och motståndskraft mot termiska chocker under upprepade värme- och kylcykler. Dess elektriska ledningsförmåga förhindrar också att statiska laddningar byggs upp.

Titanborid förblir dimensionellt och kemiskt stabilt även när det utsätts för intensiv neutronstrålning i kärnreaktorer. Dessa egenskaper gör boridkeramiken lämplig för både fissions- och fusionsreaktorkonstruktioner.

Betyg och specifikationer

Pulver av titanborid som är lämpliga för tekniska tillämpningar produceras enligt exakta specifikationer för kemi, renhet och partikelstorlek.

Här är vanliga kvaliteter och parametrar:

Parameter	Betyg A	Betyg B	Betyg C
Innehåll av titanborid	> 94%	> 92%	> 90%
Titandiborid	> 98%	> 95%	> 93%
Summa föroreningar	< 3%	< 5%	< 7%
Partikelstorlek	600 mesh (25 mikrometer)	400 mesh (38 mikrometer)	325 mesh (44 mikrometer)
Skenbar densitet	1,2-1,6 g/cc	1,4-1,8 g/cc	1,5-2,0 g/cc
Sann densitet	> 4,3 g/cc	> 4,2 g/cc	> 4,1 g/cc

Kvalitetsbeteckningarna återspeglar produktens renhet och pulverfinhet som lämpar sig för olika applikationer. Grad A representerar TiB2-pulver av högsta kvalitet med lägsta föroreningsnivåer och fin partikelstorleksfördelning. Grad C erbjuder kostnadsfördelar men har något fler föroreningar och grövre partiklar.

Viktiga kvalitetskontroller av kommersiellt titanboridpulver involveras:

• Kemisk analys - Att kvantifiera TiB2, titandiborid och andra elementära föroreningar med hjälp av röntgendiffraktion och induktivt kopplad plasmaspektroskopi.
• Analys av partikelstorlek - För att bestämma storleksfördelningsprofilen genom laserdiffraktionsmätningar.
• Skenbar densitet - Indikator för pulvrets flödeskapacitet baserad på tap density-metoden. Högre densitet underlättar hantering och jämn formfyllnad.
• Kristallstruktur - Med hjälp av SEM och XRD för att kontrollera fassammansättning och gitterstruktur som matchas med referens TiB2.

Leverantörer och prissättning

Pulver av titanborid säljs direkt av ledande tillverkare av specialkemikalier och avancerade keramiska produkter. Priserna beror på renhetsgrad, partikelstorleksfördelning, ordervolymer och grad av kundanpassning.

Leverantör	Betyg	Priser
Stanford-material	Klass A, B, C	$340 - $1000/kg
Edgetech Industrier	Anpassade betyg	Kontakta oss för offert
Atlantic Equipment Engineers	Teknisk, reagens etc.	$250 - $650/kg
Treibacher	Industriell kraft	Kontakta oss för offert
Japan Nya Metaller	Höggradigt rena kvaliteter	$800 - $4000/kg

Priserna är högst för titanboridkvaliteter med hög renhet som lämpar sig för krävande applikationer som elektronik och kärnkraft. Lägre renhetsgrader med högre orenheter och partikelstorlekar har lägre kostnad.

Många leverantörer erbjuder också skräddarsydda tjänster för partikelstorlek, ytbehandling och kvalitetsdokumentation som är anpassade efter kundernas individuella behov, vilket ytterligare påverkar prissättningen. Stora inköpsvolymer får i allmänhet rabatterade priser.

Jämförelse mellan titanborid, borkarbid och kiselkarbid

Titanborid har en exceptionell hårdhet som endast överträffas av diamant och kubisk bornitrid bland nötningsbeständiga material. Men hur står sig TiB2 jämfört med mer vanliga borid- och karbidkeramer som borkarbid (B4C) och kiselkarbid (SiC)?

Fastighet	Titanborid	Boronkarbid	Kiselkarbid
Hårdhet	30 GPa	28 GPa	24 GPa
Täthet	4,5 g/cc	2,5 g/cc	3,2 g/cc
Tryckhållfasthet	2200 MPa	3900 MPa	3000 MPa
Böjhållfasthet	350 MPa	400 MPa	550 MPa
Maximal användningstemperatur.	2500°C	2300°C	1650°C
Termisk kond.	60 W/mK	30 W/mK	120 W/mK
Elektrisk kond.	Metallisk	Isolerande	Halvledande
Slitagehastighet	0,2 x 10^-6 mm3/Nm	1,4 x 10^-6 mm3/Nm	7,0 x 10^-6 mm3/Nm
Pris	Hög $$$	Låg $	Medium $$

Ovanstående jämförelser med pulver av borkarbid och kiselkarbid visar titanborids exceptionella hårdhet samtidigt som den metalliska elektriska ledningsförmågan bibehålls, vilket är ovanligt bland keramer.

• Titandiborid är mycket eldfast som borkarbid, med stabil högtemperaturhållfasthet över 2500°C som överträffar SiC.
• Slitagehastigheten för TiB2 är extremt låg även i förhållande till andra hårda keramer, vilket gör den mer motståndskraftig mot erosiva förhållanden.
• Men titanborid har relativt låg böjhållfasthet och brottseghet, vilket begränsar användningsområdet för strukturella applikationer med mycket hög belastning.

En viktig nackdel är det höga priset på titanboridpulver, vilket har begränsat användningen jämfört med mer ekonomiska slipmedel av SiC och B4C. Den längre livslängden för TiB2-komponenter kan dock motivera högre materialinvesteringar i början genom lägre totala livscykelkostnader för produkten vid krävande användningsområden.

Fördelar och begränsningar med Titanboridpulver

Här följer en kortfattad sammanfattning av de viktigaste fördelarna och bristerna med detta avancerade keramiska material:

Fördelar	Nackdelar
- Exceptionell hårdhet som endast överträffas av diamant/CBN när det gäller slitstyrka	- Relativt spröd med låg brottseghet
- Förmåga att klara extremt höga temperaturer över 2500°C	- Högre materialkostnader jämfört med volframkarbid eller kiselnitrid
- Bibehåller tryckhållfastheten vid förhöjda temperaturer	- Svårt att få till en fullständig förtätning, vilket kräver varmpressning
- Motstår oxidation/korrosion även vid höga temperaturer	- Begränsad tillgång till kommersiella produkter
- Hög värmeledningsförmåga	- Svårbearbetad och kräver diamantverktyg
- Elektriskt ledande för att undvika laddningsuppbyggnad	- Känslig för hydrolys som kräver noggrann hantering
- Relativt låg densitet jämfört med andra hårda keramer

Titanborid utmärker sig genom att uppnå metallliknande elektrisk ledningsförmåga samtidigt som det har en exceptionell hårdhet, termisk förmåga och kemisk beständighet som inte överträffas av konkurrerande material. Detta möjliggör dramatiska förbättringar av komponenternas hållbarhet, produktivitet och livscykelkostnader för lämpliga applikationer.

VANLIGA FRÅGOR

Vad är titanboridpulver (TiB2)?

Titanborid (TiB2) är en förening som består av titan- och boratomer. Det är ett keramiskt material med exceptionella egenskaper, bland annat hög hårdhet, elektrisk ledningsförmåga och kemisk resistens.

Vilka är de vanligaste användningsområdena för TiB2-pulver?

TiB2-pulver används i olika applikationer, inklusive skärverktyg, slitstarka beläggningar, flyg- och rymdkomponenter och elektriska kontakter. Det används också vid tillverkning av keramiska kompositer.

Vad är färgen och utseendet på TiB2-pulver?

Pulver av titanborid är vanligtvis grå eller svart i färgen och har en fin, pulverformig konsistens.

Vad är hårdheten hos TiB2-pulver?

TiB2 är känt för sin exceptionella hårdhet och rankas bland de hårdaste kända keramiska materialen. Dess hårdhet ligger normalt i intervallet 22-28 GPa på Vickers hårdhetsskala.

Är TiB2 elektriskt ledande?

Ja, TiB2 har god elektrisk ledningsförmåga, vilket gör det lämpligt för applikationer där både hög hårdhet och elektrisk ledningsförmåga krävs, t.ex. elektriska kontakter.

få veta mer om 3D-utskriftsprocesser

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

Metrisk	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	Växande	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.

Expertutlåtanden

• 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