Titanborid-Pulver ist ein hochentwickeltes keramisches Material, das für seine extrem harten und verschleißfesten Eigenschaften geschätzt wird. Dieses Boridpulver ist zu einem wichtigen Rohstoff in verschiedenen Industriezweigen geworden, die eine hervorragende Leistung unter anspruchsvollen Bedingungen benötigen.
Überblick über Titanborid-Pulver
Titanborid ist ein hoch feuerfester keramischer Werkstoff mit der empirischen chemischen Formel TiB2. Hier finden Sie einen kurzen Überblick über seine Eigenschaften und Merkmale:
| Eigentum | Merkmale |
|---|---|
| Chemische Zusammensetzung | 66% Titan, 34% Bor nach Gewicht |
| Erscheinungsbild | Graues oder schwarzes Pulver |
| Kristallstruktur | Sechseckige Gitterstruktur |
| Dichte | 4,5 g/cm³ |
| Härte | Rund 30 GPa Vickers |
| Hohe Temperaturstabilität | Schmelzpunkt 3273°F (1800°C) |
| Oxidationsbeständigkeit | Beständig bis zu 1100°C an der Luft |
| Wärmeleitfähigkeit | 60-105 W/mK |
| Elektrische Leitfähigkeit | Leitfähig wie ein Metall |
| Reibungskoeffizient | 0,3 Dynamisch gegen Stahl |
Aufgrund dieser Eigenschaften eignet sich Titanborid für spezielle Anwendungen, die Härte, Verschleißfestigkeit, thermische Stabilität und andere extreme Leistungsmerkmale erfordern, die von Metallen oder alternativen Keramiken nicht erreicht werden.
Die extreme Härte von TiB2, die mit der von Diamant und kubischem Bornitrid konkurriert, ist besonders nützlich für abrasive Anwendungen, bei denen eine hohe Erosionsbeständigkeit erforderlich ist. Die Kombination aus Härte, chemischer Stabilität und hohem Schmelzpunkt macht das Material auch für den Einsatz in aggressiven Umgebungen geeignet.
Die metallische elektrische Leitfähigkeit ermöglicht es Titanborid, elektrostatische Ladungen in Prozessen abzuleiten, die zur Funkenbildung neigen. Die geringe Dichte im Vergleich zu Metallen wie Wolframkarbid erweitert sein Anwendungspotenzial zusätzlich.
Produktionsmethoden von Titanborid-Pulver
Die kommerzielle Herstellung von Titanboridpulver beruht auf fortschrittlichen Verfahren, die bei sehr hohen Temperaturen durchgeführt werden und die Reaktion zwischen Titan und Borverbindungen erleichtern.
Hier sind die wichtigsten Produktionswege:
| Methode | Beschreibung | Merkmale |
|---|---|---|
| Selbstausbreitende Hochtemperatursynthese (SHS) | Exotherme Reaktionen zwischen Pulvern wie Titanoxid, Boroxid oder Borsäure werden gezündet, um die TiB2-Bildung zu unterstützen. | - Pulver mit hoher Reinheit - Bereich der Partikelgrößen - Agglomerierte Produkte, die gemahlen werden müssen |
| Lichtbogenschmelzverfahren | Elektrischer Lichtbogen zum Schmelzen und Kombinieren von Titan- und Bor-Rohstoffen | - Geringere Materialreinheit -Größere Korngrößen - Kann hexagonale Kristalldefekte aufweisen |
| Heißpressen | Unter Hitze und Druck verfestigtes TiB2-Pulver | - Produkte mit nahezu voller Dichte - Kontrolliertes Gefüge - Höhere Kosten |
Die selbstausbreitende Hochtemperatursynthese (SHS) ist aufgrund ihrer technischen Einfachheit, Produktreinheit und Kosteneffizienz ein beliebter Weg der Pulverherstellung. Die dabei entstehenden Materialien haben jedoch eine breite Partikelgrößenverteilung und enthalten Agglomerate.
Zusätzliche mechanische Mahl- und Klassifizierungsschritte werden häufig eingesetzt, um die Partikelgrößenverteilung des aus SHS gewonnenen Titanboridpulvers zu steuern und so eine optimale Packungsdichte und Konsistenz für die Endanwendung zu erreichen.
Durch das Heißpressen werden völlig dichte Titanboridprodukte wie Stäbe, Platten oder komplexe Formen hergestellt. Das Verfahren ist jedoch mit höheren Kosten verbunden und für die Herstellung von Schüttgutpulver unpraktisch.
Anwendungen von Titanborid-Keramik
Aufgrund der extremen Härte, der Verschleißeigenschaften und der thermischen Belastbarkeit von Titanborid eignet es sich hervorragend für die folgenden Anwendungen:
| Anmeldung | Verwendet | Vorteile |
|---|---|---|
| Verschleißteile | - Schneidewerkzeuge - Strangpresswerkzeuge - Ziehsteine - Granuliermesser |
- Diamantähnliche Härte für Abriebfestigkeit - Behält seine Festigkeit bei hohen Temperaturen - Widersteht Korrosion und Oxidation |
| Metallbearbeitung | - Schneidewerkzeuge - Ziehsteine - Strangpresswerkzeuge - Komponenten der Maschine |
- Extreme Steifigkeit und Warmhärte - Geringe thermische Ausdehnung - Hält den Temperaturen beim Schweißen/Umformen von Metall stand |
| Elektronik | - Kathodenheizungen - Kathodenhalter - Elemente des Vakuumofens - Komponenten für die Waferherstellung |
- Hohe Temperaturbeständigkeit - Temperaturwechselbeständigkeit - Elektrische Leitfähigkeit |
| Kernkraft | - Fusionsreaktor-Panzerung - Steuerstäbe von Spaltreaktoren |
- Behält seine Festigkeit bei Neutronenbestrahlung bei - Extreme thermische Stabilität |
Diese anspruchsvollen Anwendungen profitieren von der außergewöhnlichen Härte, Verschleißfestigkeit und Hochtemperaturfähigkeit von Titanboridkeramik.
Die feuerfeste Beschaffenheit von TiB2 ermöglicht es, extremen Umgebungen mit geschmolzenen Metallen, abrasiven Strömungen und korrosiven Prozessbedingungen standzuhalten. Seine Härte übertrifft herkömmliche abriebfeste Materialien wie Wolframkarbid und sorgt für eine längere Lebensdauer unter erosiven Bedingungen.
Bei der Herstellung von Fertigteilen wie Matrizen und Schneideinsätzen hält das Material hohen Belastungen bei hohen Temperaturen beim Strangpressen, Ziehen und Bearbeiten von Metallen stand. Werkzeuge aus Titanborid können bei Metallbearbeitungstemperaturen von über 1000 °C eingesetzt werden, bei denen andere Materialien schnell an Festigkeit verlieren würden.
Für elektronische Anwendungen bietet Titanborid eine hohe Steifigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Temperaturschocks bei wiederholten Heiz- und Kühlzyklen. Seine elektrische Leitfähigkeit verhindert außerdem den Aufbau statischer Ladungen.
Titanborid bleibt formstabil und chemisch stabil, selbst wenn es in Kernreaktoren intensiver Neutronenstrahlung ausgesetzt wird. Aufgrund dieser Eigenschaften ist die Boridkeramik sowohl für Spaltungs- als auch für Fusionsreaktoren geeignet.
Qualitäten und Spezifikationen
Titanborid-Pulver das für technische Anwendungen geeignet ist, wird nach strengen Spezifikationen für Chemie, Reinheit und Partikelgröße hergestellt.
Hier finden Sie die gebräuchlichsten Sorten und Parameter:
| Parameter | Note A | Note B | Note C |
|---|---|---|---|
| Gehalt an Titanborid | > 94% | > 92% | > 90% |
| Titandiborid | > 98% | > 95% | > 93% |
| Verunreinigungen insgesamt | < 3% | < 5% | < 7% |
| Partikelgröße | 600 Maschen (25 Mikrometer) | 400 Maschen (38 Mikrometer) | 325 Maschen (44 Mikrometer) |
| Scheinbare Dichte | 1,2-1,6 g/cc | 1,4-1,8 g/cc | 1,5-2,0 g/cc |
| Echte Dichte | > 4,3 g/cc | > 4,2 g/cc | > 4,1 g/cc |
Die Sortenbezeichnungen spiegeln die Produktreinheit und die Pulverfeinheit wider, die für verschiedene Anwendungen geeignet sind. Sorte A steht für die höchste Qualität von TiB2-Pulver mit geringsten Verunreinigungen und feiner Partikelgrößenverteilung. Sorte C bietet Kostenvorteile, weist aber etwas mehr Verunreinigungen und gröbere Partikel auf.
Die wichtigsten Qualitätskontrollen für handelsübliches Titanboridpulver umfassen:
- Chemische Analyse - Quantifizierung von TiB2, Titandiborid und anderen elementaren Verunreinigungen mittels Röntgenbeugung und induktiv gekoppelter Plasmaspektroskopie.
- Analyse der Partikelgröße - Bestimmung des Größenverteilungsprofils durch Laserbeugungsmessungen.
- Scheinbare Dichte - Indikator für die Fließfähigkeit des Pulvers auf der Grundlage der Klopfdichte-Methode. Eine höhere Dichte erleichtert die Handhabung und eine gleichmäßige Formfüllung.
- Kristallstruktur - Überprüfung der Phasenzusammensetzung und der Gitterstruktur mit Hilfe von REM und XRD im Vergleich zum Referenzmaterial TiB2.
Lieferanten und Preisgestaltung
Titanborid-Pulver wird direkt von führenden Herstellern von Spezialchemikalien und Hochleistungskeramik verkauft. Die Preise hängen vom Reinheitsgrad, der Partikelgrößenverteilung, dem Auftragsvolumen und dem Grad der Individualisierung ab.
| Anbieter | Klassen | Preise |
|---|---|---|
| Stanford-Materialien | Klasse A, B, C | $340 - $1000/kg |
| Edgetech Industrien | Benutzerdefinierte Noten | Kontakt für Kostenvoranschlag |
| Atlantic Ausrüstungsingenieure | Technik, Reagenzien usw. | $250 - $650/kg |
| Treibacher | Industrielle Leistung | Kontakt für Kostenvoranschlag |
| Japan Neue Metalle | Hochreine Sorten | $800 - $4000/kg |
Am höchsten sind die Preise für hochreine Titanboridqualitäten, die für anspruchsvolle Anwendungen wie Elektronik und Kernkraft geeignet sind. Geringere Reinheitsgrade mit höheren Verunreinigungen und Partikelgrößen verursachen niedrigere Kosten.
Viele Lieferanten bieten auch eine auf die individuellen Kundenbedürfnisse zugeschnittene Partikelgrößenbestimmung, Oberflächenbehandlung und eine maßgeschneiderte Qualitätsdokumentation an, was sich ebenfalls auf die Preisgestaltung auswirkt. Bei großen Abnahmemengen werden in der Regel Preisnachlässe gewährt.
Vergleich zwischen Titanborid, Borkarbid und Siliziumkarbid
Titanborid zeichnet sich durch eine außergewöhnliche Härte aus, die bei den abriebfesten Materialien nur von Diamant und kubischem Bornitrid übertroffen wird. Aber wie schneidet TiB2 im Vergleich zu gebräuchlicheren Borid- und Karbidkeramiken wie Borkarbid (B4C) und Siliziumkarbid (SiC) ab?
| Eigentum | Titanborid | Borkarbid | Siliziumkarbid |
|---|---|---|---|
| Härte | 30 GPa | 28 GPa | 24 GPa |
| Dichte | 4,5 g/cm³ | 2,5 g/cc | 3,2 g/cc |
| Druckfestigkeit | 2200 MPa | 3900 MPa | 3000 MPa |
| Biegefestigkeit | 350 MPa | 400 MPa | 550 MPa |
| Maximale Einsatztemperatur. | 2500°C | 2300°C | 1650°C |
| Thermische Bedingungen. | 60 W/mK | 30 W/mK | 120 W/mK |
| Elektrischer Zustand. | Metallisch | Isolierung | Halbleitend |
| Abnutzungsrate | 0,2 x 10^-6 mm3/Nm | 1,4 x 10^-6 mm3/Nm | 7,0 x 10^-6 mm3/Nm |
| Preis | Hoch $$$ | Niedrig $ | Mittel $$ |
Die obigen Vergleiche mit Borcarbid- und Siliciumcarbidpulvern zeigen die außergewöhnliche Härte von Titanborid bei gleichzeitiger Beibehaltung der für Keramiken ungewöhnlichen metallischen elektrischen Leitfähigkeit.
- Titandiborid ist wie Borkarbid hoch feuerfest und weist eine stabile Hochtemperaturfestigkeit über 2500°C auf, die die von SiC übertrifft.
- Die Verschleißrate von TiB2 ist selbst im Vergleich zu anderen Hartkeramiken extrem niedrig, was es widerstandsfähiger gegen erosive Bedingungen macht.
- Titanborid weist jedoch eine relativ geringe Biegefestigkeit und Bruchzähigkeit auf, was den Einsatz für strukturelle Anwendungen mit sehr hohen Belastungen einschränkt.
Ein wesentlicher Nachteil ist der hohe Preis von Titanboridpulver, der die Akzeptanz im Vergleich zu den wirtschaftlicheren SiC- und B4C-Schleifmitteln einschränkt. Die längere Lebensdauer von TiB2-Komponenten kann jedoch die höheren Anfangsinvestitionen in das Material durch niedrigere Gesamtkosten über den Produktlebenszyklus bei anspruchsvollen Anwendungen rechtfertigen.
Vorteile und Beschränkungen von Titanborid-Pulver
Im Folgenden finden Sie eine kurze Zusammenfassung der wichtigsten Vorteile und Nachteile dieses modernen Keramikmaterials:
| Vorteile | Benachteiligungen |
|---|---|
| - Außergewöhnliche Härte, die in puncto Verschleißfestigkeit nur von Diamant/CBN übertroffen wird | - Relativ spröde mit geringer Bruchzähigkeit |
| - Extrem hohe Temperaturbeständigkeit von über 2500°C | - Höhere Materialkosten im Vergleich zu Wolframkarbid oder Siliziumnitrid |
| - Behält die Druckfestigkeit bei erhöhten Temperaturen bei | - Vollständige Verdichtung durch Heißpressen ist schwierig |
| - Widersteht auch bei hohen Temperaturen der Oxidation/Korrosion | - Begrenzte Verfügbarkeit kommerzieller Produkte |
| - Hohe Wärmeleitfähigkeit | - Schwierig zu bearbeiten, erfordert Diamantwerkzeuge |
| - Elektrisch leitfähig, um Ladungsaufbau zu vermeiden | - Anfällig für Hydrolyse, die eine sorgfältige Handhabung erfordert |
| - Relativ geringe Dichte im Vergleich zu anderen Hartkeramiken |
Titanborid zeichnet sich dadurch aus, dass es eine metallähnliche elektrische Leitfähigkeit erreicht und gleichzeitig eine außergewöhnliche Härte, Wärmebeständigkeit und chemische Beständigkeit aufweist, die von konkurrierenden Materialien nicht erreicht wird. Dies ermöglicht eine drastische Verbesserung der Haltbarkeit von Komponenten, der Produktivität und der Lebenszykluskosten für geeignete Anwendungen.
FAQ
Was ist Titanborid (TiB2)-Pulver?
Titanborid (TiB2) ist eine Verbindung, die aus Titan- und Boratomen besteht. Es ist ein keramisches Material mit außergewöhnlichen Eigenschaften, darunter hohe Härte, elektrische Leitfähigkeit und chemische Beständigkeit.
Was sind die üblichen Anwendungen von TiB2-Pulver?
TiB2-Pulver wird in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, darunter Schneidwerkzeuge, verschleißfeste Beschichtungen, Bauteile für die Luft- und Raumfahrt und elektrische Kontakte. Es wird auch bei der Herstellung von keramischen Verbundwerkstoffen verwendet.
Welche Farbe und welches Aussehen hat TiB2-Pulver?
Titanborid-Pulver hat typischerweise eine graue oder schwarze Farbe und eine feine, pulverförmige Textur.
Wie hoch ist die Härte von TiB2-Pulver?
TiB2 ist für seine außergewöhnliche Härte bekannt und zählt zu den härtesten bekannten keramischen Werkstoffen. Seine Härte liegt typischerweise im Bereich von 22-28 GPa auf der Vickers-Härteskala.
Ist TiB2 elektrisch leitfähig?
Ja, TiB2 weist eine gute elektrische Leitfähigkeit auf und eignet sich daher für Anwendungen, bei denen sowohl eine hohe Härte als auch eine elektrische Leitfähigkeit erforderlich sind, z. B. für elektrische Kontakte.
