第1章 緒論

1.1 TiB₂陶瓷的性能和特點

二硼化鈦（TiB₂）是由硼與鈦所形成的C32型化合物，屬六方晶系的準金屬化合物，B—B鍵呈六角形網，B—B原子間的距離相對較小，其對二硼化鈦的穩定性起決定性作用^[1]。C32型化合物具有熔點高、硬度大、耐熱性和耐磨性好、抗化學腐蝕能力強等特點。對于TiB₂來說，其熔點高達2980℃，維氏硬度約為34GPa，且高溫下可保有較高的硬度，線脹系數為8.1×10^-6/K，電阻率為1.0×10^-7Ω·m，熱導率為24W/（m·K），彈性模量為530GPa，密度為4.52g/cm³；在空氣中的抗氧化溫度高達1000℃，且其化學穩定性與耐蝕性良好，在HCl和HF酸中比較穩定^[2，3]。此外，TiB₂中的硼原子面和鈦原子面形成二維網狀結構，B原子間以共價鍵相結合，且在硼與鈦所形成的化合物中，TiB₂的共價性最明顯，多余的電子形成共軛大π鍵。TiB₂硼原子的層狀排布類似于石墨的片層結構，這種結構與Ti外層的電子共同決定了TiB₂具有良好的導電性和金屬光澤；同時，硼原子面和鈦原子面之間所形成的Ti—B鍵決定了TiB₂具有高硬度和大的脆性^[4，5]。

由于TiB₂具有高的熔點、高硬度、良好的耐熱性和耐磨性、強的抗化學腐蝕能力，以及密度小等特點，它可作為航空航天和工業工程領域中重要的高溫度結構材料，近年來得到了國內外學者的廣泛重視。由于制備純TiB₂陶瓷材料所需的燒結溫度較高，燒結過程中材料難以致密化，且最終所制備的TiB₂陶瓷材料的密度較低、抗彎強度低、脆性大^[6-8]，這些制約著TiB₂陶瓷材料的廣泛應用。為了充分利用TiB₂陶瓷材料的優點，克服其燒結溫度高、難以致密化，以及抗彎強度低和脆性大的缺點，目前主要通過多元復合的方法來制備各類高性能陶瓷部件。