高效合成超硬陶瓷材料俄罗斯团队提出新方法

陶瓷材料是一种特殊的无机非金属功能材料，具有高熔点、高硬度、耐磨、耐氧化等优点，在近几年受到了广泛关注，并被大规模的运用到了各个领域的产品生产中。据统计，2023年全球先进陶瓷材料市场规模就已经达到4112亿元。尤其是在航空航天、汽车工业等领域，陶瓷材料更发挥出了巨大的潜能，成为了相关技术的重要突破口。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员，被广泛应用于切削加工领域、航空航天领域、光学加工领域。其中，二硼化钛(TiB2)的硬度更是仅次于金刚石，并且保有陶瓷材料原有优点的同时，还兼具了导热性与导电性，被加工成导电陶瓷材料、陶瓷切削刀具、铝电解槽阴极涂层材料、金属材料强化剂、PTC发热陶瓷材料和柔性PTC材料等，可用于核反应堆、铝冶炼和其他高科技工业领域。然而TiB2的制备却非常复杂。一方面，与大部分超硬陶瓷材料一样，其制备工艺通常包括粉末制备、成型、烧结及后处理四个基本阶段。每一阶段的操作条件和工艺参数都对最终产品的性能有着直接影响。另一方面，TiB2的合成需要在1600℃—1700℃的真空高温炉中进行或者在惰性气体环境中使用电弧法合成，这两个工艺的加工效率都不算理想，并且会带来较大的成本和能量消耗。针对这些问题，俄罗斯托木斯克理工大学的研究团队研究出了一种新的电弧法合成方案，无需复杂昂贵的真空炉便可以加工出纯净的TiB2，并且成本比传统电弧法更低。据悉，研究团队在露天无真空电弧合成法中用金属钛和无定形硼粉末生产TiB2。一氧化碳在反应区会发生自屏蔽，这降低了合成成本，简化了电弧反应器的设计并提高了生产率。而相对高温也保证了产品的纯度，避免了杂质的产生。值得一提的是，这一方法还有望为太阳能电池板的再加工提供新的思路。