[发明专利]一种陶瓷晶体Ti

说明书

本发明属于陶瓷领域，尤其公开一种新型陶瓷晶体Ti₃B₂N及其制备方法。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°。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。本发明通过高温烧结，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。

技术领域

本发明属于陶瓷领域，尤其涉及一种新型陶瓷晶体Ti₃B₂N及其制备方法。

背景技术

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。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明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，本发明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。

本发明通过高温烧结，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Xingqiu Chen等人提出的硬度计算模型(文献：Intermetallics, 2011, 19,P1275-1281.)，本发明所述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。