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1、第20卷第2期陶瓷学报Vol.20,No.21999年6月JOURNALOFCERAMICSJune.1999TiB2及其复合材料的研究进展向新秦岩(武汉工业大学)摘要本文评述了近十几年来TiB2陶瓷及其复合材料的研究进展,从原料制备,烧结工艺,显微结构及复合材料的发展方向等方面进行了分析和讨论。指出了目前限制陶瓷及其复合材料快速发展的主要问题在于:原料价格昂贵,难以烧结致密化,同时材料的性能有待进一步的提高。最后,本文提出了解决上述问题的可行的办法。关键词TiB2陶瓷,复合材料,研究进展DEVELOPMENTOFRESEAR
2、CHONTiB2ANDITSCOMPOSITESXiangXinQinYan(WuhanUniversityofTechnology)AbstractInthispaper,developmentofresearchonTiB2anditscompositeswerereviewed.FabricationprocessingofTiB2rawmateri2als,sinteringtechnology,microstructureandthedevelopmenttendencyofTiB2materialsincludet
3、hehighpriceofrawmaterials,difficulttodensity,atmeantime,themechanicalpropertyofTiB2materialshavetofurtherbyimproved,andinconclusion,thispaperproposethewaystoslovethoseproblems.KeywordsTiB2anditscomposites,researchdevelopment,fabricationandsintering,mechanicalpropert
4、y被作为最有希望得到广泛应用的硼化物陶瓷而备受关1概述注。TiB2是具有六方晶系C32型结构的准金属化合物,硼化物陶瓷是一类具有特殊物理性能与化学性能其完整晶体的结构参数为d=3.028!,c=3.228!(图1的陶瓷。由于它具有极高的熔点、高的化学稳定性、高是TiB2晶体结构示意图)。晶体结构中的硼原子面和的硬度和优异的耐磨性而被作为硬质工具材料、磨料、钛原子面交替出现构成二维网状结构,其中B-外层有合金添加剂及耐磨部件以此得到广泛的研究。同时这四个电子,每个B-与另外三个B-以共价键相结合,多类材料又具有优良的电性能,因而
5、作为惰性电极材料余的一个电子形成大π键。这种类似于石墨的硼原子及高温电工材料而引人注目。近几十年来,世界各国层状结构和Ti外层电子构造决定了TiB2具有良好的〔1〕都在加紧研究开发硼化物陶瓷及其复合材料。导电性和金属光泽,而硼原子面和钛原子面之间的Ti在硼化物陶瓷材料中,TiB2因其性能特别优异而收稿日期:1999-02-20通讯联系人:向新,武汉工业大学学报编辑部,430070《陶瓷学报》1999年第2期113-B离子键决定了这种材料的高硬度和脆性的特有非常广泛的应用前景。但这种材料的制备非常困〔2〕点。而TiB2的这种结构
6、特点和随之带来的优良性难。制备高纯度、低成本的、可大规模工业化生产TiB2能,使其具有广阔的应用前景。的技术是各国工业界和科技界广泛研究的课题。目前,制备TiB2特种陶瓷粉末的主要方法有:碳热还原法、融熔电解法、SHS法和气相沉积法等。(1)融熔电解法〔9〕融熔电解法适合于从天然原料直接获得大量的纯度较高的TiB2粉末,其基本原理是利用硼氧化物和钛氧化物在MgO、MgF2或CaO、CaF2为助熔剂的条件下通过低电压大电流融熔电解而得到。11000℃MgO+MgF2+2B2O3+TiO2TiB22利用这种方法生产的TiB2粉末,
7、纯度一般可达95%左右,但粉末粒度较粗,一般为130-250μm,粒度图1TiB2的晶体结构分布较广。另外由于在这种工艺中,电流效率极低,因Fig.1CrystalstructureofTiB2此生产成本昂贵。(2)碳热还原法〔10〕这种方法以钛和硼的氧化物为原料,以碳黑为还在结构材料方面,由于其高的强度和硬度,可制造原剂,在碳管炉中进行长时间的高温碳还原处理,其主硬质工具材料和刀具、拉丝模、喷砂嘴等,同时可以作要化学反应式为:为各种复合材料的添加剂,例如采用TiB2颗粒强化的TiO2+B2O3+CTiB2+CO↑A1基复合材
8、料已开始应用于航空、汽车等工业中,其该方法的主要缺点是合成产品碳含量较高,并且性能与SiC增强的Al合金相比性能有大幅度提TiB2晶粒粗大。〔3,4〕高。另外一种碳还原的方法是碳化硼法,它是以金属在功能材料方面,由于TiB2具有与纯铁相似的电钛(或者氢化钛,碳化钛)与碳化硼反
