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高效合成超硬陶瓷材料 俄羅斯團隊提出新方法
2024年10月16日 13:25:53
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：小王 點擊量：5209
陶瓷材料是一種特殊的無機非金屬功能材料，具有高熔點、高硬度、耐磨、耐氧化等優(yōu)點，在近幾年受到了廣泛關注，并被大規(guī)模的運用到了各個領域的產品生產中。據(jù)統(tǒng)計，2023年全球先進陶瓷材料市場規(guī)模就已經達到4112億元。尤其是在航空航天、汽車工業(yè)等領域，陶瓷材料更發(fā)揮出了巨大的潛能，成為了相關技術的重要突破口。
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】陶瓷材料是一種特殊的無機非金屬功能材料，具有高熔點、高硬度、耐磨、耐氧化等優(yōu)點，在近幾年受到了廣泛關注，并被大規(guī)模的運用到了各個領域的產品生產中。據(jù)統(tǒng)計，2023年全球先進陶瓷材料市場規(guī)模就已經達到4112億元。尤其是在航空航天、汽車工業(yè)等領域，陶瓷材料更發(fā)揮出了巨大的潛能，成為了相關技術的重要突破口。
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，被廣泛應用于切削加工領域、航空航天領域、光學加工領域。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)點的同時，還兼具了導熱性與導電性，被加工成導電陶瓷材料、陶瓷切削刀具、鋁電解槽陰極涂層材料、金屬材料強化劑、PTC發(fā)熱陶瓷材料和柔性PTC材料等，可用于核反應堆、鋁冶煉和其他高科技工業(yè)領域。
然而TiB2的制備卻非常復雜。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、燒結及后處理四個基本階段。每一階段的操作條件和工藝參數(shù)都對最終產品的性能有著直接影響。
另一方面，TiB2的合成需要在1600℃—1700℃的真空高溫爐中進行或者在惰性氣體環(huán)境中使用電弧法合成，這兩個工藝的加工效率都不算理想，并且會帶來較大的成本和能量消耗。
針對這些問題，俄羅斯托木斯克理工大學的研究團隊研究出了一種新的電弧法合成方案，無需復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，研究團隊在露天無真空電弧合成法中用金屬鈦和無定形硼粉末生產TiB2。一氧化碳在反應區(qū)會發(fā)生自屏蔽，這降低了合成成本，簡化了電弧反應器的設計并提高了生產率。而相對高溫也保證了產品的純度，避免了雜質的產生。值得一提的是，這一方法還有望為太陽能電池板的再加工提供新的思路。
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