二硼化钛的制备和应用

二硼化钛为C32型结构，以其价键形式结合，属六方晶系的准金属化合物。晶体结构中的硼原子面和钛原子面交替出现构成二维网状结构，其中的B与另外3个B以共价键相结合，多余的一个电子形成大π键。这种类似于石墨的硼原子层状结构和Ti外层电子决定了TiB2具有良好的导电性和金属光泽，而硼原子面和钛原子面之间Ti-B键决定了这种材料的高硬度和脆性的特点。

二硼化钛粉末呈灰色（或灰黑色），在目前已知的世界十大熔点最高材料排名第六位。在空气中抗氧化温度可达1100℃，作为一种新型的陶瓷材料，具有十分优异的理化性能，除熔点极高之外硬度也大，化学稳定性、导电导热性、高温下的机械力学性能都极为优异。

二硼化钛的制备工艺

1.直接合成法

反应式：Ti+2B=TiB2

将T粉和B粉放在高温反应器中直接化合生成二硼化钛。此法的反应温度2000℃以上，原料价格高，工艺不易控制，反应不完全，所生成的TiB2纯度低，易生成TiB、Ti2B等其它化合物。

2.硼热法

反应式：TiO2+4B=TiB2+B2O2

实验用TiO2（纯度高于99%，锐钛矿结构，颗粒尺寸为0.2-0.3μm）和非品（92%，颗粒尺寸为0.2-0.3μm）作原料。在球磨机中的掺入比为Ti：B=1：4，球与粉末的重量比为40：1，球磨过程是在真空下完成。反应温度不超过1100℃。

3.熔融电解法

钛的氧化物与碱（或碱土）金属硼酸盐和氟酸盐在熔融电解的条件下生成二硼化钛。

4.辅助浸没金属法

反应式：Ti+2B+Al=TiB2+AI（或Cu、Sn等）

5.碳热法

(1)碳热还原法

反应式：2TiO2+5C+B2O3=2TiB2+5CO↑

(2)碳化硼法

反应式：2TiO2+3C+B4C=2TiB2+4CO↑或2TiO2+C+B4C=2TiB2+2CO2↑

6.自蔓燃法

反应式：TiO2+5Mg+B2O3=TiB2+5MgO

TiB2+MgO+2HNO3=TiB2+Mg(NO3)2+H2O

7.气相沉积法

反应式：TiCl4+2BCI3+5H2=TiB2+10HCI↑

8.溶胶-凝胶法

以Ti和B的无机盐为原料，采用溶胶-凝胶法也可以制备二硼化钛。

二硼化钛的应用

1.二硼化钛因其优异的导电性能及极佳的抗熔化金属的侵蚀能力，成为制作蒸发器皿，熔化金属坩埚，铝电解槽阴极，火花塞及其它电极和触头开头材料。

2.二硼化钛的硬度（仅次于金刚石及立方氮化硼）及所表现的优良高温特性，使它适合于制作高温苛刻环境下工作的耐磨部件、切割刀具、模具、喷咀及密封件等，另外将二硼化钛镀在这些器件的表面，可以增加它们的耐磨程度及使用寿命。

3.二硼化钛本身的低密度，加之其它的优良特性，使其成为良好的军备材料。

4.二硼化钛可以作为晶粒细化及颗粒强化添加剂，加入铝基，铜基钛铝合金及铁基材料中，可以极大地改善材质的机械力学及理化特性。

5.二硼化钛可以与SiC，AIN，BN，TiC等非氧化陶瓷复合，也可以与Al2O3等氧化物陶瓷材料复合。大量实际结果表明，新的复合材料具有更加的机械强度及抗破裂韧性。

6.二硼化钛颗粒掺入高性能树脂可制成PTC发热陶瓷和柔性PTC材料，其具有安全省电，易加工成型等特点，是家用电器（电熨斗、电热毯、电烤箱、食具和被服干燥机，空调器热风暖房等）的一种更新换代的关键性高新技术材料。