टाइटानियम बोराइड

टाइटेनियम बोराइड (TiB2) एक अत्यंत कठोर सिरेमिक है जिसमें उच्च ऊष्मा चालकता, ऑक्सीकरण स्थिरता और घर्षणरोध हैं। टाइटेनियम बोराइड एक उचित विद्युत चालक भी है, अतः इसे एल्यूमीनियम प्रगलन में कैथोड सामग्री के रूप में उपयोग किया जा सकता है और विद्युत निर्वहन मशीनिंग द्वारा आकार दिया जा सकता है।

भौतिक गुण
टाइटेनियम बोराइड बोरान कार्बाइड और टाइटेनियम कार्बाइड के साथ कुछ गुण साझा करता है, लेकिन इसके अनेक गुण बोरान कार्बाइड और टाइटेनियम कार्बाइड से बेहतर हैं:

अत्यधिक तापमान पर असाधारण कठोरता

 * 3000 डिग्री सेल्सियस पर दूसरा सबसे कठोर पदार्थ (# हीरा)
 * 2800 डिग्री सेल्सियस पर तीसरा सबसे कठोर पदार्थ (# घन बोरान नाइट्राइड)
 * 2100 डिग्री सेल्सियस पर चौथा सबसे कठिन पदार्थ (# बोरान कार्बाइड (B4C))
 * 1000°C पर पांचवां सबसे कठोर पदार्थ (# बोरोन सबऑक्साइड)

अन्य बोराइड्स पर लाभ

 * उच्चतम बोराइड तन्य मापांक
 * उच्चतम बोराइड विभंजन सुदृढता
 * उच्चतम बोराइड सम्पीडक क्षमता
 * दूसरा उच्चतम बोराइड गलनांक (3225 °C) (# हेफ़नियम डाइबोराइड)

अन्य लाभ

 * उच्च ऊष्मीय चालकता (60-120 डब्ल्यू/(एम · के)),
 * उच्च विद्युत चालकता (~105 एस/सेंमी)

कमियां

 * उच्च गलन के तापमान के कारण संचकन (मोल्डिंग प्रक्रिया) में कठिन होता है।
 * उच्च सहसंयोजी आबंधन के कारण तापपुंजन करना कठिन होता है।
 * स्पार्क प्लाज्मा सिंटरिंग का उपयोग करके छोटे मोनोलिथिक टुकड़ों को दबाने तक सीमित है।

रासायनिक गुण
रासायनिक स्थिरता के संबंध में टाइटेनियम बोराइड या सिलिकॉन नाइट्राइड की तुलना में शुद्ध लोहे के संपर्क में अधिक स्थिर है।

टाइटेनियम बोराइड 1100 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान पर हाइड्रोक्लोरिक एसिड और हाइड्रोफ्लुओरिक अम्ल के लिए हवा में ऑक्सीकरण के लिए प्रतिरोधी है, किन्तु क्षार, नाइट्रिक एसिड और सल्फ्यूरिक एसिड के साथ प्रतिक्रिया करता है।

उत्पादन
टाइटेनियम बोराइड प्राकृतिक रूप से पृथ्वी में नहीं होता है। टाइटेनियम डाइबोराइड पाउडर विभिन्न प्रकार के उच्च तापमान विधियों जैसे टाइटेनियम या इसके ऑक्साइड / हाइड्राइड्स की 1000 डिग्री सेल्सियस से अधिक तात्त्विक बोरॉन के साथ प्रत्यक्ष अभिक्रिया टाइटेनियम ऑक्साइड और बोरान ऑक्साइड या हाइड्रोजन की थर्माइट प्रतिक्रिया द्वारा कार्बन उष्मीय अपचयन या धातु या उसके हलाइड्स की उपस्थिति में बोरॉन हलाइड्स की हाइड्रोजन अपचयन के द्वारा उत्पन्न किया जा सकता है। विभिन्न संश्लेषण मार्गों के मध्य प्रचुरता में सूक्ष्मतर टाइटेनियम बोराइड तैयार करने के लिए विद्युत रासायनिक संश्लेषण और ठोस अवस्था प्रतिक्रियाएँ विकसित की गई हैं। ठोस अवस्था अभिक्रिया का एक उदाहरण बोरोथर्मिक अपचयन है जिसे निम्नलिखित अभिक्रियाओं द्वारा स्पष्ट किया जा सकता है:

(1) 2 TiO2 + B4C + 3C → 2 TiB2 + 4 CO

(2) TiO2 + 3NaBH4 → TiB2 + 2Na(g,l) + NaBO2 + 6H2(g)

हालांकि पहला संश्लेषण मार्ग (1), नैनो आकार के पाउडर का उत्पादन नहीं कर सकता। नैनोक्रिस्टलाइन (5–100 एनएम) टाइटेनियम बोराइड प्रतिक्रिया (2) या निम्नलिखित तकनीकों का उपयोग करके संश्लेषित किया गया था:
 * सोडियम टेट्राहाइड्रिडोबोरेट और टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड की विलयन चरण प्रतिक्रिया के पश्चात 900-1100 डिग्री सेल्सियस तापानुशीतन करके अनाकार प्रणेता की घोषणा की जाती है।
 * तात्विक टाइटेनियम और बोरॉन पाउडर के मिश्रण की यांत्रिक मिश्रधातु।
 * स्वसंचारी उच्च तापमान संश्लेषण प्रक्रिया जिसमें सोडियम क्लोराइड की भिन्न-भिन्न मात्रा सम्मिलित है।
 * पेषण ने स्वसंचारी उच्च तापमान संश्लेषण (एमए-एसएचएस) की सहायता की।
 * 400 डिग्री सेल्सियस पर अनाकार बोरॉन पाउडर और टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड के साथ धातु सोडियम के बेंजीन में सॉल्वोथर्मल प्रतिक्रिया::
 * TiCl4 + 2 B + 4 Na → TiB2 + 4 NaCl

अनेक टाइटेनियम बोराइड अनुप्रयोगों को आर्थिक कारकों द्वारा अवरोधित किया जाता है, विशेष रूप से उच्च गलनांक सामग्री को सघन करने की लागत - गलनांक प्रायः 2970 डिग्री सेल्सियस है और टाइटेनियम डाइऑक्साइड की एक परत जो पाउडर के कणों की सतह पर बनता है, यह सिंटरण के लिए अधिक प्रतिरोधी है। लगभग 10% सिलिकॉन नाइट्राइड का मिश्रण तापपुंजन की सुविधा प्रदान करता है, हालांकि सिलिकॉन नाइट्राइड के बिना तापपुंजन का भी प्रदर्शन किया गया है।

टाइटेनियम बोराइड की पतली फिल्मों का निर्माण कई तकनीकों द्वारा किया जा सकता है। टाइटेनियम बोराइड के विद्युत आवरण में भौतिक या रासायनिक वाष्प जमाव की तुलना में परतों के दो मुख्य लाभ हैं: परत की वृद्धि दर 200 गुना अधिक (5 μm/s तक) होती है और जटिल आकार के उत्पादों को आच्छादन करने की असुविधा प्रभावशाली तरीके से कम हो जाती है।

संभावित अनुप्रयोग
टाइटेनियम बोराइड का वर्तमान प्रभावी उपयोग प्रतिरोधी कवच, काटने के उपकरण, क्रूसिबल, न्यूट्रॉन अवशोषक और टूट फुट प्रतिरोधी विलेपन जैसे क्षेत्रों में विशेष अनुप्रयोगों तक सीमित प्रतीत होता है।

टाइटेनियम बोराइड अल्युमीनियम के वाष्प कोटिंग के लिए वाष्पीकरण नावों के लिए बड़े पैमाने पर उपयोग किया जाता है। यह एल्यूमीनियम उद्योग के लिए संरोप्य के रूप में एक आकर्षक सामग्री है, जिसके क्लेदनीयता और गलित एल्यूमीनियम में निम्न विलेयता और उत्तम विद्युत चालकता के कारण ऐलुमिनियम मिश्रातु संचकित करते समय कण आमाप को परिष्कृत किया जाता है।

टाइटेनियम बोराइड की पतली फिल्मों का उपयोग सस्ते और/या सख्त सब्सट्रेट को घिसाव और संक्षारण प्रतिरोध प्रदान करने के लिए किया जा सकता है।

तुलना करें

 * मैग्नीशियम डाइबोराइड

यह भी देखें

 * बोराइड
 * टाइटेनियम कार्बाइड
 * [सर्मेट]
 * तापपुंजन
 * होटप्रेसींग

श्रेणी:बोराइड्स श्रेणी:टाइटेनियम (IV) यौगिक श्रेणी:सुपरहार्ड सामग्री