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TiB2复合材料的研究

硼化物陶瓷是一类具有特殊物理性能与化学性能的陶瓷。由于它具有极高的熔点、高的

化学稳定性、高的硬度和优异的耐磨性而被作为硬质工具材料、磨料、合金添加剂及耐磨部

件等，由此得到广泛应用。同时这类材料又具有优良的电性能，可作为惰性电极材料及高温

电工材料而引人注目。近几十年来，世界各国都在加紧研究开发硼化物陶瓷及其复合材料，

在硼化物陶瓷材料中，TiB2具有许多优良性能，如熔点高、硬度高、化学稳定性好、抗腐蚀

性能好，可广泛应用在耐高温件、耐磨件、耐腐蚀件以及其它特殊要求零件上。相对其它陶

瓷材料而言，TiB2具有优良的导电性，易于加工，性能特别优异而被作为最有希望得到广泛

应用的硼化物陶瓷。

1，1TiB2的结构特点

TiB2是具有六方晶系C32型结构的准金属化合物，其完整晶体的结构参数为

，＝。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

a=3.028Uc3.228U

中－外层有四个电子，每个与另外三个以共价键相结合，多余的一个电子形成离

BB—B—

域大丌键。这种类似于石墨的硼原子层状结构和和Ti外层电子构造决定了TiB2具有良好的

导电性和金属光泽，因而可以采取电加工的方法对其进行成型；而硼原子面和钛原子面之间

的Ti—B离子键决定了这种材料具有较高的熔点、高硬度、优良的化学稳定性。但在TiB2

晶体中，这种、轴为共价键，轴为离子键的特性也导致了其性能的各向异性。在

abcTiB2

材料的制备过程中，这种各向异性会导致晶体生长出现择优取向，从而随着晶粒的长大，材

料中的残余应力加大，导致大量的微裂纹产生，使材料的机械性能下降。同时在离子键与口

键的共同作用下，Ti+与B-在烧结过程中均难发生迁移，因此TiB2的原子自扩散系数很低，

烧结性很差。

．的导电性

12TiB2

TiB2最突出的优点是具有良好的导电性，具有像金属一样的电子导电性以及正的电阻率

温度系数，而且优于金属Ti的导电性。常温下，它的电阻几乎可以与Cu相比，这使它能够

弥补大部分陶瓷材料的不足，是一种重要的电子陶瓷材料。TiB2优良的导电及机械性能为其

在导电材料中的应用开辟了一条新途径。例如，用铜或铜合金作芯，外包镍基TiB2陶瓷涂

层形成的复合导电材料性能优越；TiB2覆盖层可用于电导玻璃；TiB2增强铜合金用于电焊；

含TiB2涂层的导电棒用于工业生产；TiB2导电橡胶比传统的银导电橡胶更加经济耐用等。

利用TiB2的导电及耐磨性可得到性能优良的电接触或电摩擦功能材料。比如，将覆盖铜与

TiB2的复合颗粒用于电接触材料的生产；铜与TiB2纤维组成的复合材料用来制造集成电路

片，寿命提高10~103倍；Ag—TiB2复合材料作电接触材料比传统的Ag—W复合材料优越

等。这方面做的工作很多，表明TiB2有希望成为电接触或电摩擦材料中的优选陶瓷材料。

TiB2是性能优良的金属导电陶瓷材料，因而用它作电阻材料也大有潜力。文献报道了TiB2

在透明导电材料中被用作电阻阻挡层，通过掺人不同含量的TiB2来调整材料电阻率的功能

导电陶瓷；用TiB2制备高稳定性、高精度电阻器；半导体上沉积TiB2与TiSi膜用作高值绝

缘材料等。另外，TiB2沉积层还可以用在集成电路中作隔离层或在液晶显示器件中作隔离

层。

．的抗氧化性

13TiB2

TiB2具有良好的抗氧化性。据有关研究报道，在120℃时，在TG中测定，TiB2粉无增

重现象。在120-450℃范围内，TiB2粉末在TG中测定，有轻微增重现象。在此温度范围内

多次循环，再无增重现象发生。说明在较低温度下，的表面已形成了一层氧

(120-450℃)TiB2

化保护膜，避免了材料内部继续氧化，因而具有较好的抗氧化能力；温度超过900-1000℃

后，TiB2剧烈氧化。根据DAT—TG和XRD的分析结果，可以推定TiB2在45