붕화티타늄 분말 는 매우 단단하고 내마모성이 뛰어나다는 평가를 받는 고급 세라믹 소재입니다. 이 붕소 분말은 까다로운 조건에서 우수한 성능을 요구하는 여러 산업 분야에서 중요한 원료로 사용되고 있습니다.
티타늄 붕화물 분말 개요
붕화티타늄은 경험적 화학식 TiB2를 가진 고내화성 세라믹 소재입니다. 다음은 그 특성과 특성에 대한 간략한 개요입니다:
| 속성 | 특성 |
|---|---|
| 화학 성분 | 중량 기준 66% 티타늄, 34% 붕소 |
| 모양 | 회색 또는 검은색 분말 |
| 결정 구조 | 육각형 격자 구조 |
| 밀도 | 4.5g/cc |
| 경도 | 약 30 GPa 비커스 |
| 높은 온도 안정성 | 녹는점 3273°F(1800°C) |
| 내산화성 | 최대 1100°C의 공기 중 온도에 대한 내구성 |
| 열 전도성 | 60-105W/mK |
| 전기 전도성 | 금속처럼 전도성 |
| 마찰 계수 | 0.3 강철에 대한 역동성 |
이러한 고유한 특성으로 인해 붕화티타늄은 경도, 내마모성, 열 안정성 및 기타 금속이나 대체 세라믹과 비교할 수 없는 극한의 성능 특성이 필요한 특수 애플리케이션에 적합합니다.
다이아몬드와 입방정 질화 붕소에 필적하는 TiB2의 극한의 경도는 높은 내식성이 필요한 연마 용도에 특히 유용합니다. 또한 경도, 화학적 안정성 및 높은 융점의 조합으로 인해 이 소재는 거친 환경에서도 사용할 수 있습니다.
한편, 티타늄 붕화물은 금속 전기 전도성 덕분에 스파크가 발생하기 쉬운 공정에서 정전기를 방출할 수 있습니다. 텅스텐 카바이드와 같은 금속에 비해 밀도가 낮기 때문에 잠재적인 응용 분야가 더욱 넓어집니다.
생산 방법 붕소화 티탄 분말
붕화티타늄 분말의 상업적 생산은 티타늄과 붕소 화합물 간의 반응을 촉진할 수 있는 매우 높은 온도에서 수행되는 첨단 공정에 의존합니다.
주요 제조 경로는 다음과 같습니다:
| 방법 | 설명 | 특성 |
|---|---|---|
| 자체 전파 고온 합성(SHS) | 산화티타늄, 산화붕소 또는 붕산과 같은 분말 사이의 발열 반응이 점화되어 TiB2 형성을 유지합니다. | - 고순도 분말 - 다양한 입자 크기 - 밀링이 필요한 응집된 제품 |
| 아크 용융 프로세스 | 티타늄과 붕소 공급 원료를 녹이고 결합하는 데 사용되는 전기 아크 | - 낮은 재료 순도 -더 큰 입자 크기 - 육각형 결정 결함이 있을 수 있습니다. |
| 핫 프레싱 | 열과 압력으로 응고된 TiB2 분말 | - 최대 밀도에 가까운 제품 - 제어된 미세 구조 - 더 높은 비용 |
자체 전파 고온 합성(SHS) 방법은 기술적 단순성, 제품 순도 및 비용 효율성으로 인해 널리 사용되는 분말 생산 경로입니다. 그러나 결과물은 입자 크기 분포가 넓고 응집체가 포함되어 있습니다.
최종 사용 분야에서 최적의 포장 밀도와 일관성을 위해 SHS 유래 붕화티타늄 분말의 입자 크기 분포를 제어하기 위해 추가적인 기계적 분쇄 및 분류 단계가 종종 사용됩니다.
한편 열간 압착은 막대, 판 또는 복잡한 형상과 같은 완전 밀도의 붕화티타늄 제품을 제공합니다. 하지만 이 공정은 비용이 높고 대량 분말 생산에는 비실용적입니다.
티타늄 보라이드 세라믹의 응용 분야
붕화티타늄의 극한의 경도, 내마모성 및 열 성능은 다음과 같은 용도에 매우 적합합니다:
| 애플리케이션 | 용도 | 혜택 |
|---|---|---|
| 마모 부품 | - 절단 도구 - 압출 다이 - 드로잉 다이 - 과립기 블레이드 |
- 다이아몬드에 가까운 경도로 내마모성 강화 - 고온에서도 강도를 유지합니다. - 부식 및 산화 방지 |
| 금속 가공 | - 절단 도구 - 드로잉 다이 - 압출 다이 - 기계 구성 요소 |
- 극한의 강성 및 고온 경도 - 낮은 열 팽창 - 금속 용접/성형 온도에 견딜 수 있습니다. |
| 전자 제품 | - 음극 히터 - 음극 홀더 - 진공로 요소 - 웨이퍼 제조 구성 요소 |
- 고온 강도 - 열 충격 저항 - 전기 전도성 |
| 핵 | - 핵융합로 갑옷 - 핵분열 원자로 제어봉 |
- 중성자 조사에서 강도 유지 - 극한의 열 안정성 |
이러한 까다로운 응용 분야에서는 티타늄 보라이드 세라믹의 탁월한 경도, 마모 성능 및 고온 성능을 활용합니다.
TiB2의 내화 특성 덕분에 용융 금속, 마모성 흐름 및 부식성 공정 조건이 있는 극한 환경에서도 견딜 수 있습니다. 경도는 텅스텐 카바이드와 같은 일반적인 내마모성 소재를 능가하여 침식 조건에서 더 긴 수명을 제공합니다.
금형 및 절삭 인서트와 같은 완제품으로 제작될 때 이 소재는 금속의 압출, 인발 및 가공 시 고온에서 높은 응력을 견뎌냅니다. 티타늄 보라이드 공구는 다른 재료가 급격히 강도를 잃는 1000°C 이상의 금속 가공 온도에서도 작동할 수 있습니다.
전자 제품의 경우, 티타늄 붕화물은 반복되는 가열 및 냉각 사이클 동안 높은 강성과 열 충격에 대한 저항성을 제공합니다. 또한 전기 전도성이 뛰어나 정전기가 쌓이는 것을 방지합니다.
붕화티타늄은 원자로 내부에서 강한 중성자 방사선을 받더라도 치수 및 화학적 안정성을 유지합니다. 이러한 특성 덕분에 붕소 세라믹은 핵분열 및 핵융합 원자로 설계에 모두 적합합니다.
등급 및 사양
붕화 티탄 분말 기술 응용 분야에 적합한 제품은 엄격한 화학, 순도 및 입자 크기 사양에 따라 생산됩니다.
다음은 일반적인 성적과 매개 변수입니다:
| 매개변수 | A등급 | B등급 | C등급 |
|---|---|---|---|
| 붕화 티탄 함량 | > 94% | > 92% | > 90% |
| 이붕화 티타늄 | > 98% | > 95% | > 93% |
| 총 불순물 | < 3% | < 5% | < 7% |
| 입자 크기 | 600 메시(25미크론) | 400메시(38미크론) | 325 메시(44미크론) |
| 겉보기 밀도 | 1.2-1.6g/cc | 1.4-1.8g/cc | 1.5-2.0g/cc |
| 실제 밀도 | > 4.3g/cc | > 4.2g/cc | > 4.1g/cc |
등급 지정은 다양한 용도에 적합한 제품 순도와 분말 입도를 반영합니다. A 등급은 불순물 함량이 가장 낮고 입자 크기 분포가 미세한 최고 품질의 TiB2 분말을 나타냅니다. C 등급은 비용 이점이 있지만 불순물이 약간 더 많고 입자가 더 거칠습니다.
상업용 붕화 티타늄 분말의 주요 품질 검사에는 다음이 포함됩니다:
- 화학 분석 - X-선 회절 및 유도 결합 플라즈마 분광법을 사용하여 TiB2, 이붕화 티타늄 및 기타 원소 불순물을 정량화합니다.
- 입자 크기 분석 - 레이저 회절 측정을 통해 크기 분포 프로파일을 확인합니다.
- 겉보기 밀도 - 탭 밀도 방식에 따른 분말 흐름 능력 표시기입니다. 밀도가 높을수록 취급 및 균일한 다이 충진에 도움이 됩니다.
- 결정 구조 - 참조 TiB2와 일치하는 상 구성 및 격자 구조를 확인하기 위해 SEM 및 XRD를 사용합니다.
공급업체 및 가격
붕화 티탄 분말 는 주요 특수 화학 및 고급 세라믹 제조업체에서 직접 판매합니다. 가격은 순도 등급, 입자 크기 분포, 주문량 및 맞춤화 수준에 따라 달라집니다.
| 공급업체 | 성적 | 가격 |
|---|---|---|
| 스탠포드 자료 | A, B, C 등급 | $340 - $1000/kg |
| 에지테크 산업 | 사용자 지정 성적 | 견적 문의 |
| 대서양 장비 엔지니어 | 기술, 시약 등 | $250 - $650/kg |
| Treibacher | 산업 전력 | 견적 문의 |
| 일본 신금속 | 고순도 등급 | $800 - $4000/kg |
전자 및 원자력 등 까다로운 응용 분야에 적합한 고순도 붕화티타늄 등급의 가격이 가장 높습니다. 불순물과 입자 크기가 더 높은 저순도 등급은 비용이 더 낮습니다.
또한 많은 공급업체가 개별 고객 요구 사항에 맞는 맞춤형 입자 크기 조정, 표면 처리 및 맞춤형 품질 문서화 서비스를 제공하며, 이는 가격 책정에 영향을 미칩니다. 일반적으로 대량 구매 시 할인된 요금이 적용됩니다.
티타늄 붕화물, 붕소 카바이드, 실리콘 카바이드의 비교
티타늄 붕화물은 내마모성 소재 중 다이아몬드와 입방정 질화 붕소에 이어 두 번째로 뛰어난 경도를 자랑합니다. 그렇다면 TiB2는 탄화붕소(B4C) 및 탄화규소(SiC) 같은 일반적인 탄화물 및 카바이드 세라믹과 어떻게 비교할 수 있을까요?
| 속성 | 티타늄 붕화물 | 탄화붕소 | 실리콘 카바이드 |
|---|---|---|---|
| 경도 | 30 GPa | 28 GPa | 24 GPa |
| 밀도 | 4.5g/cc | 2.5g/cc | 3.2g/cc |
| 압축 강도 | 2200 MPa | 3900 MPa | 3000 MPa |
| 굴곡 강도 | 350MPa | 400MPa | 550 MPa |
| 최대 사용 온도. | 2500°C | 2300°C | 1650°C |
| 열 상태. | 60W/mK | 30W/mK | 120W/mK |
| 전기 상태. | 메탈릭 | 절연 | 반도체 |
| 마모율 | 0.2 x 10^-6 mm3/Nm | 1.4 x 10^-6 mm3/Nm | 7.0 x 10^-6 mm3/Nm |
| 가격 | 높은 $$$ | 낮은 $ | 중간 $$ |
위의 탄화붕소 및 탄화규소 분말과의 비교는 세라믹에서 흔히 볼 수 없는 금속 전기 전도성을 유지하면서 티타늄 붕사이드의 뛰어난 경도를 보여줍니다.
- 이붕화 티타늄은 탄화붕소처럼 내화성이 뛰어나며, 2500°C 이상의 안정적인 고온 강도로 SiC보다 뛰어난 성능을 발휘합니다.
- TiB2는 다른 경질 세라믹에 비해 마모율이 매우 낮기 때문에 침식 환경에 대한 저항력이 뛰어납니다.
- 그러나 붕화 티타늄은 상대적으로 굴곡 강도와 파괴 인성이 낮기 때문에 응력이 매우 높은 구조용 애플리케이션에는 채택이 제한됩니다.
주요 단점은 붕화티타늄 분말의 높은 가격으로, 보다 경제적인 SiC 및 B4C 연마재에 비해 사용량이 제한되어 있다는 점입니다. 그러나 TiB2 부품의 수명이 길어지면 까다로운 용도에서 전체 제품 수명 주기 비용을 낮춰 초기 재료 투자 비용을 정당화할 수 있습니다.
의 장점과 한계 붕소화 티탄 분말
다음은 이 고급 세라믹 소재의 주요 장점과 단점을 간결하게 요약한 것입니다:
| 장점 | 단점 |
|---|---|
| - 내마모성 측면에서 다이아몬드/CBN에 버금가는 탁월한 경도 | - 상대적으로 부서지기 쉽고 골절 인성이 낮습니다. |
| - 2500°C를 초과하는 극한의 고온 성능 | - 텅스텐 카바이드 또는 실리콘 질화물에 비해 높은 재료 비용 |
| - 높은 온도에서도 압축 강도 유지 | - 핫 프레싱이 필요한 완전 밀도화에 어려움 |
| - 고온에서도 산화/부식에 강함 | - 제한된 상용 제품 가용성 |
| - 높은 열 전도성 | - 다이아몬드 툴링이 필요한 고난이도 가공 |
| - 전하 축적을 방지하는 전기 전도성 | - 가수분해에 취약하여 취급 시 주의가 필요함 |
| - 다른 경질 세라믹에 비해 상대적으로 낮은 밀도 |
티타늄 붕화물은 경쟁 소재와 비교할 수 없는 뛰어난 경도, 내열성 및 내화학성을 유지하면서 금속과 같은 전기 전도성을 구현하는 것이 특징입니다. 이를 통해 적절한 애플리케이션에서 부품 내구성, 생산성 및 수명 주기 비용을 획기적으로 개선할 수 있습니다.
자주 묻는 질문
붕화티타늄(TiB2) 분말이란 무엇인가요?
붕화티타늄(TiB2)은 티타늄과 붕소 원자로 구성된 화합물입니다. 높은 경도, 전기 전도성, 내화학성 등 뛰어난 특성을 지닌 세라믹 소재입니다.
TiB2 파우더의 일반적인 용도는 무엇인가요?
TiB2 분말은 절삭 공구, 내마모성 코팅, 항공우주 부품, 전기 접점 등 다양한 용도로 사용됩니다. 또한 세라믹 복합재 생산에도 사용됩니다.
TiB2 파우더의 색상과 모양은 어떻게 되나요?
붕화 티탄 분말 는 일반적으로 회색 또는 검은색이며 가루처럼 고운 질감을 가지고 있습니다.
TiB2 파우더의 경도는 얼마인가요?
TiB2는 알려진 세라믹 소재 중 가장 경도가 높은 것으로 유명합니다. 경도는 일반적으로 비커스 경도 척도에서 22~28GPa 범위입니다.
TiB2는 전기 전도성이 있나요?
예, TiB2는 전기 전도성이 우수하여 전기 접점과 같이 높은 경도와 전기 전도성이 모두 요구되는 분야에 적합합니다.
