高效合成超硬陶瓷材料 俄羅斯團(tuán)隊(duì)提出新方法
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】陶瓷材料是一種特殊的無(wú)機(jī)非金屬功能材料，具有高熔點(diǎn)、高硬度、耐磨、耐氧化等優(yōu)點(diǎn)，在近幾年受到了廣泛關(guān)注，并被大規(guī)模的運(yùn)用到了各個(gè)領(lǐng)域的產(chǎn)品生產(chǎn)中。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2023年全球先進(jìn)陶瓷材料市場(chǎng)規(guī)模就已經(jīng)達(dá)到4112億元。尤其是在航空航天、汽車(chē)工業(yè)等領(lǐng)域，陶瓷材料更發(fā)揮出了巨大的潛能，成為了相關(guān)技術(shù)的重要突破口。
超硬陶瓷材料是指硬度大于莫氏硬度9的陶瓷材料，是目前陶瓷材料大家族中重要的一員，被廣泛應(yīng)用于切削加工領(lǐng)域、航空航天領(lǐng)域、光學(xué)加工領(lǐng)域。其中，二硼化鈦(TiB2)的硬度更是僅次于金剛石，并且保有陶瓷材料原有優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，還兼具了導(dǎo)熱性與導(dǎo)電性，被加工成導(dǎo)電陶瓷材料、陶瓷切削刀具、鋁電解槽陰極涂層材料、金屬材料強(qiáng)化劑、PTC發(fā)熱陶瓷材料和柔性PTC材料等，可用于核反應(yīng)堆、鋁冶煉和其他高科技工業(yè)領(lǐng)域。
然而TiB2的制備卻非常復(fù)雜。一方面，與大部分超硬陶瓷材料一樣，其制備工藝通常包括粉末制備、成型、燒結(jié)及后處理四個(gè)基本階段。每一階段的操作條件和工藝參數(shù)都對(duì)最終產(chǎn)品的性能有著直接影響。
另一方面，TiB2的合成需要在1600℃—1700℃的真空高溫爐中進(jìn)行或者在惰性氣體環(huán)境中使用電弧法合成，這兩個(gè)工藝的加工效率都不算理想，并且會(huì)帶來(lái)較大的成本和能量消耗。
針對(duì)這些問(wèn)題，俄羅斯托木斯克理工大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)研究出了一種新的電弧法合成方案，無(wú)需復(fù)雜昂貴的真空爐便可以加工出純凈的TiB2，并且成本比傳統(tǒng)電弧法更低。
據(jù)悉，研究團(tuán)隊(duì)在露天無(wú)真空電弧合成法中用金屬鈦和無(wú)定形硼粉末生產(chǎn)TiB2。一氧化碳在反應(yīng)區(qū)會(huì)發(fā)生自屏蔽，這降低了合成成本，簡(jiǎn)化了電弧反應(yīng)器的設(shè)計(jì)并提高了生產(chǎn)率。而相對(duì)高溫也保證了產(chǎn)品的純度，避免了雜質(zhì)的產(chǎn)生。值得一提的是，這一方法還有望為太陽(yáng)能電池板的再加工提供新的思路。
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