二ホウ化チタン

製品紹介

中文名称： 二ホウ化チタン

英文名称： Titanium boride

化学分子式： TiB₂

分子量： 69.49

主含有量： ≥98.5%

品質基準： GB/T 538-2018

CAS番号： 2045-63-5

HSコード： 2850009090

製品特性

▶ 二ホウ化チタン粉末は灰色または灰黒色を呈し、六方晶（AlB₂型）の結晶構造を有する。主な物理的特性は以下の通りである。密度4.52 g/cm³、融点2980℃、微小硬度34 GPa、熱伝導率25 W/(m・K)、熱膨張係数8.1×10⁻⁶ /K、抵抗率14.4 μΩ・cm。

▶ 本材料の化学的性質は安定しており、空気中の耐酸化温度は1000℃に達し、塩酸およびフッ酸の侵食にも耐えることができる。高い融点、高硬度、優れた耐磨耗性、耐酸・耐アルカリ腐食性、良好な導電・導熱性、優れた化学的安定性および耐熱衝撃性に基づき、二ホウ化チタンは主に高性能複合セラミックス製品の製造に使用される。特に溶融金属による腐食に耐えうるため、溶融金属用るつぼや電解池の電極の製造に多用されている。

▶ 結晶構造の観点から見ると、二ホウ化チタン（TiB₂）はホウ素とチタンの間に形成される安定な化合物であり、C32型構造に属し、共有結合で結合した六方晶系の半金属化合物である。完全結晶の格子定数は、a = 0.3028 nm、c = 0.3228 nmである。結晶はホウ素原子面とチタン原子面が交互に積層した二次元網目状構造を形成している。ホウ素原子間は共有結合で結ばれており、余剰電子が大きなπ結合を形成する。このグラフェン類似のホウ素原子層状構造とチタンの外殻電子により、TiB₂は良好な導電性と金属光沢を有する。一方、ホウ素原子面とチタン原子面の間のTi-B強固な結合が、材料の高硬度と脆性という特性を決定づけている。

二ホウ化チタンの構造用材料及び機能性材料における応用特性

▶ 構造材料として：
二ホウ化チタンは非常に高い硬度、強度、および優れた耐磨耗性を有する。これらの特性に基づき、高性能切削工具、伸線ダイス、サンドブラストノズルなどの耐摩耗部品を直接製造するために使用できる。また、優れた性能を持つ強化相添加剤として、金属基またはセラミックス基複合材料の硬度、強度、耐磨耗性を顕著に向上させることもできる。

▶ 機能性材料として：
二ホウ化チタンは良好な導電性を有し、その抵抗率は純鉄とほぼ同じである。この電気的特性を活用して、柔軟性のあるPTC（正温度係数）材料の製造に使用できる。さらに、高融点、高熱伝導性、耐腐食性などの特性も併せ持つことから、溶融塩電解用電極や高温発熱体などの電熱機能部品の理想的な候補材料となっている。

応用範囲

その高硬度、高融点、優れた導電性及び化学的安定性により、二ホウ化チタンは以下のように多くの産業分野で重要な応用がある。

▶ 導電性セラミックス及び電熱素子：真空蒸着用導電性蒸発ボートの中核原料である。また、PTC発熱セラミックスや柔軟性PTC材料の作製にも使用され、安全性、高効率、高い可塑性などの特長を持つ。

▶ 耐摩耗部品及び切削工具：セラミック切削工具、伸線ダイス、押出ダイス、サンドブラストノズル、シール部品などの高性能耐摩耗部品の製造に使用される。

▶ 複合セラミックス材料：重要な強化成分として、TiC、TiN、SiCなどと複合化し、高温るつぼ、エンジン部品、装甲防護材料などの先進複合材料を製造するために用いられる。

▶ アルミニウム電解の陰極材料：溶融アルミニウムとの優れた濡れ性を活かし、アルミニウム電解槽の陰極コーティングとして使用される。これにより、エネルギー消費を大幅に削減し、電解槽の寿命を延ばすことができる。

▶ 金属基強化相：Al、Fe、Cuなどの金属材料に対する高性能強化剤であり、母材の強度、硬度、耐磨耗性を効果的に向上させることができる。

製造方法

現在、二ホウ化チタン粉末を製造する一般的な方法としては、炭熱還元法、自己伝播高温合成法、機械的化学反応法、気相析出法、およびボールミル法などが主に挙げられる。

▶ 炭熱還元法

この方法は、二酸化チタン（TiO₂）と酸化ホウ素（B₂O₃）を原料とし、カーボンブラックを還元剤として、カーボンチューブ炉内で長時間の高温還元処理を行う。得られる生成物の純度は、原料粉末の純度に主に依存する。

特徴：工業生産において広く用いられているプロセスである。

欠点：合成されたTiB₂粉末粒子は通常粗大であり、未反応の炭素やその他の不純物を含みやすく、純度制御が難しい。

▶ 自己伝播高温合成法（SHS）

このプロセスでは、通常、反応原料（例：チタン粉末とホウ素粉末）の混合物を成形体に圧縮成形した後、その一端に点火して激しい発熱反応を引き起こす。反応によって放出される大きな熱量により、隣接する部分が順次反応を起こし、自己維持型の燃焼波が伝播して成形体全体が目的生成物に変換される。

特徴：反応過程での自己精製効果により、生成物の純度が高く、その後の焼結性も良好である。この方法はエネルギー消費量が極めて少なく、ホットプレスなどの後工程と組み合わせることで、高密度のTiB₂材料を直接製造することも可能である。

▶ 機械的化学反応法（MR）

この方法では、反応物粉末を高エネルギーボールミルに入れ、粉末がミルボールの高速衝撃、圧縮、せん断作用を受けることで、変形、冷間圧接、破砕、微細化を繰り返す。激しい機械的エネルギーが継続的に化学エネルギーに変換され、固相反応を誘発して目的生成物を合成する。

特徴：前述の二つの方法と比較した場合の利点は、合成温度が低いこと、原料に対する要求が比較的緩やかであること、製造コストが低いことである。

技术指标

包装方法

1kg／アルミホイル袋

5kg／アルミホイル袋

10kg／段ボール箱

20kg／段ボール箱

保管・輸送上の注意事項

▶ 本品は不燃性・非爆発性であり、一般的な化学品として保管・輸送が可能です。

▶ 涼しく乾燥した場所に保管し、雨や湿気を防ぎ、誤飲を避けてください。

▶ 使用後は未使用部分の封口をしっかり閉じ、涼しい場所に保管してください。

▶ 賞味期限は12か月です。期限切れ後も再検査に合格すれば使用可能です。誤飲を避けてください。