立方(cubic)-TiB的合成、晶體結構與物理性能

《立方（cubic）-TiB的合成、晶體結構與物理性能》是依託吉林大學，由胡建東擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：立方(cubic)-TiB的合成、晶體結構與物理性能
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：胡建東
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

在50年代有人認為TiB是閃鋅礦型立方結構，也有人認為是NaCl型面心立方結構。在Ti-B相圖上顯示的TiB晶體結構為正交晶系，是人們普遍認同的結構。我們把金屬固體滲硼方法改進成硼化法，用該方法順利合成了TiB粉末。初步測試結果表明，合成的TiB具有立方晶體結構，導電性特別好，電阻率為10-7Ωm數量級，與金屬相當，熔點高，耐酸、鹼蝕性，具有超導電性，是一種導電陶瓷材料。在前期工作基礎上，本項目擬進一步最佳化硼化法，證明除正交TiB外還存在一種立方TiB，研究立方TiB的晶體結構、晶格常數、對應的空間群、形核和長大機理，導電性和其它物理性能和機械性能，以及它與現有正交TiB的內在聯繫。立方TiB粉末是一種新型結構和功能材料陶瓷材料，它的電子結構、導電機理、Ti-B和B-B的鍵結構、晶體結構，以及超導電性均展現出了誘人的理論研究價值，其優良導電性可能在很多新產品中獲到套用。

結題摘要

在研究立方TiB的同時，發現TiBCN粉末合成方法，獲得國家發明專利，並已轉讓給一家公司。用這種方法可以製備TiBCN粉末新材料。TiBCN是立方TiB、TiC和TiN三種基元化合物複合成的單相化合物，具有NaCl型面心立方晶體結構，晶格常數在4.2432Å～4.2466Å之間，是一種國內外尚沒有見到的新型功能和結構陶瓷材料。TiBCN粉末的松裝密度為0.8g/cm3，可以自動輸送，顆粒呈聚晶狀態，可細化至D50=1.05微米，包含大量納米顆粒，熔點高，化學性能穩定，導電性能與金屬相當，室溫電阻率為15×10-7 Ω cm，有超導現象，TC=12K。可燒結性能好。 以TiBCN粉末作為熔覆材料，進行了雷射、鎢極氬弧焊(TIG)熔覆、雷射3D列印和超音速氧焰 high velocity oxy-fule (HVOF)爆炸噴塗，發現TiBCN粉末可自動送粉，顆粒在雷射、鎢極氬弧焊熔覆層分布均勻、自動組裝成樹枝狀組織，發生元素交換，基體熔體中的Al固溶到TiBCN中，形成Ti(Al)BCN，改善熔覆層性能。以TiBCN粉末為添材的雷射3D列印的TC4材料硬度明顯提高，沒有裂紋缺陷。用HVOF方法製備的TiBCN塗層，顆粒細小，與基體結合牢固。對TiBCN粉末進行熱壓（HP）和火花電漿燒結（SPS）燒結。TiBCN粉末燒結塊體材料的顏色為土金黃色，有良好的電子導電性，適合電花火切割加工。 HP燒結材料的硬度為18-24GPa，彎曲強度為240～300MPa； SPS燒結材料的性能優於HP燒結材料，抗彎強度達到335MPa。主要成果：1、發明了TiBCN粉末合成方法，獲得國家發明專利，並已經轉讓給一家公司，進行了小批量生產。TiBCN粉末在澳大利亞波音公司試用，受到高度評價，並試銷到義大利；2、對合成TiBCN粉末進行了XRD、TEM、HRTEM和XPS分析，確定了粉末的物理、化學性能；3、對合成TiBCN粉末進行了套用研究，證明可以用TiBCN粉末製備優良雷射熔覆層和TIG熔覆層。可以把TiBCN粉末作為添材製備雷射3D列印零件。可以用HVOF爆炸噴塗方法製備TiBCN塗層。可以用HP和SPS方法把TiBCN粉末燒結成塊體材料，SPS燒結材料的抗彎強度優於HP。TiBCN粉末更適合SPS燒結。TiBCN粉末燒結體導電，有良好的可電切削加工（EDM）性能，最小加工表面粗