立方(cubic)-TiB的合成、晶体结构与物理性能
结题报告
批准号:
51172088
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
胡建东
依托单位:
学科分类:
E0204.结构陶瓷
结题年份:
2015
批准年份:
2011
项目状态:
已结题
项目参与者:
李东成、刘亦丰、赵健闯、刘玉华、焦东宁、韩先贺
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中文摘要
在50年代有人认为TiB是闪锌矿型立方结构,也有人认为是NaCl型面心立方结构。在Ti-B相图上显示的TiB晶体结构为正交晶系,是人们普遍认同的结构。我们把金属固体渗硼方法改进成"硼化法",用该方法顺利合成了TiB粉末。初步测试结果表明,合成的TiB具有立方晶体结构,导电性特别好,电阻率为10-7Ωm数量级,与金属相当,熔点高,耐酸、碱蚀性,具有超导电性,是一种导电陶瓷材料。在前期工作基础上,本项目拟进一步优化"硼化法",证明除正交TiB外还存在一种立方TiB,研究立方TiB的晶体结构、晶格常数、对应的空间群、形核和长大机理,导电性和其它物理性能和机械性能,以及它与现有正交TiB的内在联系。立方TiB粉末是一种新型结构和功能材料陶瓷材料,它的电子结构、导电机理、Ti-B和B-B的键结构、晶体结构,以及超导电性均展现出了诱人的理论研究价值,其优良导电性可能在很多新产品中获到应用。
英文摘要
在研究立方TiB的同时,发现TiBCN粉末合成方法,获得国家发明专利,并已转让给一家公司。用这种方法可以制备TiBCN粉末新材料。TiBCN是立方TiB、TiC和TiN三种基元化合物复合成的单相化合物,具有NaCl型面心立方晶体结构,晶格常数在4.2432Å~4.2466Å之间,是一种国内外尚没有见到的新型功能和结构陶瓷材料。TiBCN粉末的松装密度为0.8g/cm3,可以自动输送,颗粒呈聚晶状态,可细化至D50=1.05微米,包含大量纳米颗粒,熔点高,化学性能稳定,导电性能与金属相当,室温电阻率为15×10-7 Ω cm,有超导现象,TC=12K。可烧结性能好。.以TiBCN粉末作为熔覆材料,进行了激光、钨极氩弧焊(TIG)熔覆、激光3D打印和超音速氧焰 high velocity oxy-fule (HVOF)爆炸喷涂,发现TiBCN粉末可自动送粉,颗粒在激光、钨极氩弧焊熔覆层分布均匀、自动组装成树枝状组织,发生元素交换,基体熔体中的Al固溶到TiBCN中,形成Ti(Al)BCN,改善熔覆层性能。以TiBCN粉末为添材的激光3D打印的TC4材料硬度明显提高,没有裂纹缺陷。用HVOF方法制备的TiBCN涂层,颗粒细小,与基体结合牢固。对TiBCN粉末进行热压(HP)和火花等离子体烧结(SPS)烧结。TiBCN粉末烧结块体材料的颜色为土金黄色,有良好的电子导电性,适合电花火切割加工。 HP烧结材料的硬度为18-24GPa,弯曲强度为240~300MPa; SPS烧结材料的性能优于HP烧结材料,抗弯强度达到335MPa。主要成果:1)发明了TiBCN粉末合成方法,获得国家发明专利,并已经转让给一家公司,进行了小批量生产。TiBCN粉末在澳大利亚波音公司试用,受到高度评价,并试销到意大利;2)对合成TiBCN粉末进行了XRD、TEM、HRTEM和XPS分析,确定了粉末的物理、化学性能;3)对合成TiBCN粉末进行了应用研究,证明可以用TiBCN粉末制备优良激光熔覆层和TIG熔覆层。可以把TiBCN粉末作为添材制备激光3D打印零件。可以用HVOF爆炸喷涂方法制备TiBCN涂层。可以用HP和SPS方法把TiBCN粉末烧结成块体材料,SPS烧结材料的抗弯强度优于HP。TiBCN粉末更适合SPS烧结。TiBCN粉末烧结体导电,有良好的可电切削加工(EDM)性能,最小加工表面粗
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