一种陶瓷晶体Ti制造技术

本发明专利技术属于陶瓷领域，尤其公开一种新型陶瓷晶体Ti

A new type of ceramic crystal Ti3B2N and preparation method thereof

The invention belongs to the field of ceramics, in particular to a new type of ceramic crystal Ti3B2N and a preparation method thereof. The molecular formula of the crystal is Ti3B2N, the crystal structure is orthorhombic, space group Cmmm, the lattice constant of a=3.032 (4): a b=3.189, a c=12.897 (3), (4) a, alpha beta gamma = = =90 degrees. The titanium powder and six boron nitride powder to 1.5 2.5:1 molar ratio in the air mixing, grinding, pressing, and then in argon atmosphere at a rate of 5 temperature 10 DEG /min to 1100 DEG C 1200, 3 insulation 12h, natural cooling to room temperature, to obtain the target product. In the invention, a new crystal structure Ti3B2N is successfully prepared by sintering at high temperature, and a new type of high hardness material is provided.

【技术实现步骤摘要】
一种新型陶瓷晶体Ti3B2N及其制备方法
本专利技术属于陶瓷领域，尤其涉及一种新型陶瓷晶体Ti3B2N及其制备方法。
技术介绍
氮化钛（TiN）与二硼化钛（TiB2）组成的多元复合材料广泛应用于各种耐高温部件及功能部件，如高温坩埚、引擎部件等，也是制作装甲防护材料的最好材料之一。TiB2是硼和钛最稳定的化合物，属六方晶系的准金属化合物，具有导电性和金属光泽，并具有高硬度和脆性特点。TiN晶体结构属面心立方点阵，具有典型的NaCl型结构，TiN抗热冲击性好，TiN熔点比大多数过度金属氮化物的熔点高，而密度却比大多数金属氮化物低，因此是一种很有特色的耐热材料。Ti-B-N三元晶体，目前只有Ti4N3B2一种晶体化合物存在，其晶体结构与TiN相同，属立方晶系。Ti-B-N具有和TiN与TiB2类似的材料成份和价键结构，因此具有相近的物理化学性能。扩展并探索不同晶系的Ti-B-N三元晶体结构，在研究高硬度陶瓷材料领域具有很好的现实意义。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种新型陶瓷晶体Ti3B2N及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种新型陶瓷晶体，该晶体的分子式为Ti3B2N，晶体结构为正交晶系，空间点群为Cmmm，晶格常数为：a=3.032(4)Å，b=3.189(3)Å，c=12.897(4)Å，α=β=γ=90°。所述晶体结构中Ti-N键长分别为2.198(3)Å、1.999(3)Å，Ti-B键长为2.317(3)Å，B-B键长为1.805(3)Å。制备方法：将钛粉和六方氮化硼粉末以1.5-2.5:1的摩尔比在空气中混合、研磨、压片，然后在惰性保护气氛下以5-10℃/min的速率升温至1100-1200℃，保温3-12h，自然冷却至室温，即制得目标产品。本专利技术通过高温烧结，成功制备出一种新的晶体结构Ti3B2N，提供了一种新型高硬度材料。根据XingqiuChen等人提出的硬度计算模型(文献：Intermetallics,2011,19,P1275-1281.)，本专利技术所述Ti3B2N晶体的维氏硬度约28GPa。Ti3B2N硬度与碳化钛（TiC）、碳化锆（ZrC）相当，比氮化钛（TiN）更硬，可应用于钛合金、钢、硬质合金和铝结构的涂层以改善表面性质，例如工具模表面镀层的应用，可以提高工具模的加工效率和使用时间。Ti3B2N也可应用于制造金属陶瓷和硬质合金。附图说明图1：Ti3B2N的理论XRD图谱。图2：本专利技术实施例1制备的Ti3B2N的XRD图谱。图3：本专利技术实施例1制备的Ti3B2N的透射电镜照片。图4：本分明实施例1制备的Ti3B2N的电子衍射斑点。图5：本专利技术实施例2制备的Ti3B2N的XRD图谱。图6：本专利技术实施例3制备的Ti3B2N的XRD图谱。图7：本专利技术实施例4制备的Ti3B2N的XRD图谱。图8：本专利技术实施例5制备的Ti3B2N的XRD图谱。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术的技术方案作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1将纯度大于99.9%的钛（Ti）粉和六方氮化硼（BN）粉末按摩尔比2:1在空气中混合研磨，粉压成型后，将样品用刚玉坩埚盛放，然后放入高温管式炉中氩气保护，以每分钟10℃的升温速率，将管式炉温度升至1100℃，保温6小时，停止加热后样品自然冷却至室温，即得产品。采用晶体结构预测软件USPEX和VASP，可得Ti3B2N最稳定晶体结构。采用晶体XRD谱图模拟软件poudrix，可得Ti3B2N的理论XRD图谱，见图1。本实施例1制备的产品的XRD图谱、透射电镜照片、电子衍射斑点分别见图2、3、4；经X-射线衍射分析，确定的晶体结构参数为：正交晶系，空间点群为Cmmm，晶格常数为a=3.032(4)Å，b=3.189(3)Å，c=12.897(4)Å，α=β=γ=90°；Ti-N键长分别为2.198(3)Å、1.999(3)Å，Ti-B键长为2.317(3)Å，B-B键长为1.805(3)Å。图1与图2对比可知：与（103）、（014）、（111）晶面对应的36.3°、39.8°、41.7°位置的三强峰以及其他强度较弱衍射峰从位置和强度都一致，可以证明本实施例1制备出的产品即为Ti3B2N晶体；图3、图4反映的结果与XRD对应的结构一致，进一步证实了此结论。根据XingqiuChen等人提出的硬度计算模型(文献：Intermetallics,2011,19,P1275-1281.)，本专利技术所述Ti3B2N晶体的维氏硬度约28GPa。实施例2将纯度大于99.9%的钛（Ti）粉和六方氮化硼（BN）粉末按摩尔比2:1混合，粉压成型后，将样品用刚玉坩埚盛放，然后放入高温管式炉中氩气保护，以每分钟10℃的升温速率，将管式炉温度升至1100℃，保温12小时，停止加热后样品自然冷却至室温，即得产品，其XRD图谱见图5，与Ti3B2N的理论XRD图谱比对，证实该产品即为Ti3B2N晶体。实施例3将纯度大于99.9%的钛（Ti）粉和六方氮化硼（BN）粉末按摩尔比2:1混合，粉压成型后，将样品用刚玉坩埚盛放，然后放入高温管式炉中氩气保护，以每分钟5℃的升温速率，将管式炉温度升至1200℃，保温3小时，停止加热后样品自然冷却至室温，即得产品，其XRD图谱见图6，与Ti3B2N的理论XRD图谱比对，证实该产品即为Ti3B2N晶体。实施例4将纯度大于99.9%的钛（Ti）粉和六方氮化硼（BN）粉末按摩尔比2:1混合，粉压成型后，将样品用刚玉坩埚盛放，然后放入高温管式炉中氩气保护，以每分钟10℃的升温速率，将管式炉温度升至1200℃，保温6小时，停止加热后样品自然冷却至室温，即得产品，其XRD图谱见图7，与Ti3B2N的理论XRD图谱比对，证实该产品即为Ti3B2N晶体。实施例5将纯度大于99.9%的钛（Ti）粉和六方氮化硼（BN）粉末按摩尔比2:1混合，粉压成型后，将样品用刚玉坩埚盛放，然后放入高温管式炉中氩气保护，以每分钟10℃的升温速率，将管式炉温度升至1200℃，保温12小时，停止加热后样品自然冷却至室温，即得产品，其XRD图谱见图8，与Ti3B2N的理论XRD图谱比对，证实该产品即为Ti3B2N晶体。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型陶瓷晶体，其特征在于：该晶体的分子式为Ti3B2N，晶体结构为正交晶系，空间点群为Cmmm，晶格常数为：a = 3.032 (4) Å，b = 3.189 (3) Å，c = 12.897 (4) Å，α = β = γ = 90°。

【技术特征摘要】
1.一种新型陶瓷晶体，其特征在于：该晶体的分子式为Ti3B2N，晶体结构为正交晶系，空间点群为Cmmm，晶格常数为：a=3.032(4)Å，b=3.189(3)Å，c=12.897(4)Å，α=β=γ=90°。2.如权利要求1所述的新型陶瓷晶体，其特征在于：所述晶体结构中Ti-N键长分别为2.198(3)Å、1.999(3)Å...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡前库，陈进峰，吴庆华，周爱国，王李波，王海燕，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南,41