टाइटानियम बोराइड: Difference between revisions

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== उत्पादन ==
== उत्पादन ==


टीआईबी<sub>2</sub> प्राकृतिक रूप से पृथ्वी में नहीं होता है। [[टाइटेनियम]] डाइबोराइड पाउडर विभिन्न प्रकार के उच्च तापमान विधियों द्वारा तैयार किया जा सकता है, जैसे कि टाइटेनियम या इसके ऑक्साइड/हाइड्राइड्स की प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया, 1000 डिग्री सेल्सियस से अधिक मौलिक बोरॉन के साथ, [[टाइटेनियम ऑक्साइड]] और [[बोरान]] ऑक्साइड, या हाइड्रोजन की [[थर्माइट प्रतिक्रिया]] द्वारा [[कार्बोथर्मल कमी]] धातु या उसके हलाइड्स की उपस्थिति में बोरॉन हलाइड्स की कमी। विभिन्न संश्लेषण मार्गों के बीच, बड़ी मात्रा में महीन टाइटेनियम डाइबोराइड तैयार करने के लिए विद्युत रासायनिक संश्लेषण और ठोस अवस्था प्रतिक्रियाएँ विकसित की गई हैं। ठोस अवस्था प्रतिक्रिया का एक उदाहरण बोरोथर्मिक कमी है, जिसे निम्नलिखित प्रतिक्रियाओं द्वारा चित्रित किया जा सकता है:
टाइटेनियम डाइबोराइड प्राकृतिक रूप से पृथ्वी में नहीं होता है। '''[[टाइटेनियम]] डाइबोराइड पाउडर विभिन्न प्रकार के उच्च तापमान विधियों द्वारा तैयार किया जा सकता है, जैसे कि टाइटेनियम या इसके ऑक्साइड/हाइड्राइड्स की प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया, 1000 डिग्री सेल्सियस से अधिक मौलिक बोरॉन के साथ, [[टाइटेनियम ऑक्साइड]] और [[बोरान]] ऑक्साइड, या हाइड्रोजन की [[थर्माइट प्रतिक्रिया]] द्वारा [[कार्बोथर्मल कमी]] धातु या उसके हलाइड्स की उपस्थिति में बोरॉन हलाइड्स की कमी।''' विभिन्न संश्लेषण मार्गों के मध्य प्रचुरता में सूक्ष्मतर टाइटेनियम डाइबोराइड 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 टीआईओ<sub>2</sub> + बी<sub>4</sub>सी + 3 सी → 2 टीआईबी<sub>2</sub> + 4 सीओ
(1) 2 TiO<sub>2</sub> + B<sub>4</sub>C + 3C → 2 TiB<sub>2</sub> + 4 CO


(2) टीआईओ<sub>2</sub> + अन्नाबा<sub>4</sub> → टीआईबी<sub>2</sub> + मैं<sub>(g,l)</sub> + और बीओ<sub>2</sub> + ताहा<sub>2(g)</sub><ref>{{cite journal|last1=Zoli|first1=Luca|last2=Galizia|first2=Pietro|last3=Silvestroni|first3=Laura|last4=Sciti|first4=Diletta|title=सोडियम बोरोहाइड्राइड के साथ बोथर्मल कमी के माध्यम से समूह IV और V धातु डाइबोराइड नैनोक्रिस्टल का संश्लेषण|journal=Journal of the American Ceramic Society|volume=101|issue=6|pages=2627–2637|date=23 January 2018|doi=10.1111/jace.15401|url=https://zenodo.org/record/1292491|doi-access=free}}</ref>
(2) TiO<sub>2</sub> + 3NaBH<sub>4</sub> → TiB<sub>2</sub> + 2Na<sub>(g,l)</sub> + NaBO<sub>2</sub> + 6H<sub>2(g)</sub><ref>{{cite journal|last1=Zoli|first1=Luca|last2=Galizia|first2=Pietro|last3=Silvestroni|first3=Laura|last4=Sciti|first4=Diletta|title=सोडियम बोरोहाइड्राइड के साथ बोथर्मल कमी के माध्यम से समूह IV और V धातु डाइबोराइड नैनोक्रिस्टल का संश्लेषण|journal=Journal of the American Ceramic Society|volume=101|issue=6|pages=2627–2637|date=23 January 2018|doi=10.1111/jace.15401|url=https://zenodo.org/record/1292491|doi-access=free}}</ref>
पहला संश्लेषण मार्ग (1), हालांकि, नैनोसाइज्ड पाउडर का उत्पादन नहीं कर सकता। नैनोक्रिस्टलाइन (5–100 एनएम) टीआईबी<sub>2</sub> प्रतिक्रिया (2) या निम्नलिखित तकनीकों का उपयोग करके संश्लेषित किया गया था:
 
हालांकि पहला संश्लेषण मार्ग (1), नैनो आकार के पाउडर का उत्पादन नहीं कर सकता। नैनोक्रिस्टलाइन (5–100 एनएम) टाइटेनियम डाइबोराइड प्रतिक्रिया (2) या निम्नलिखित तकनीकों का उपयोग करके संश्लेषित किया गया था:
* NaBH की समाधान चरण प्रतिक्रिया<sub>4</sub> और TiCl<sub>4</sub>, इसके बाद 900–1100 डिग्री सेल्सियस पर प्राप्त अनाकार अग्रदूत की घोषणा की जाती है।<ref>S. E. Bates et al. "Synthesis of titanium boride (TiB)2 nanocrystallites by solution-phase processing" [https://dx.doi.org/10.1557/JMR.1995.2599 J. Mater. Res. 10 (1995) 2599]</ref>
* NaBH की समाधान चरण प्रतिक्रिया<sub>4</sub> और TiCl<sub>4</sub>, इसके बाद 900–1100 डिग्री सेल्सियस पर प्राप्त अनाकार अग्रदूत की घोषणा की जाती है।<ref>S. E. Bates et al. "Synthesis of titanium boride (TiB)2 nanocrystallites by solution-phase processing" [https://dx.doi.org/10.1557/JMR.1995.2599 J. Mater. Res. 10 (1995) 2599]</ref>
*तात्विक Ti और B पाउडर के मिश्रण की यांत्रिक मिश्रधातु।<ref>A. Y. Hwang and J. K. Lee "Preparation of TiB2 powders by mechanical alloying " [https://dx.doi.org/10.1016/S0167-577X(01)00526-2 Mater. Lett. 54 (2002) 1]</ref>
*तात्विक Ti और B पाउडर के मिश्रण की यांत्रिक मिश्रधातु।<ref>A. Y. Hwang and J. K. Lee "Preparation of TiB2 powders by mechanical alloying " [https://dx.doi.org/10.1016/S0167-577X(01)00526-2 Mater. Lett. 54 (2002) 1]</ref>

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टाइटानियम बोराइड
Magnesium-diboride-3D-balls.png
Identifiers
3D model (JSmol)
ChemSpider
EC Number
  • 234-961-4
  • InChI=1S/B2.Ti/c1-2;
    Key: TXVDUUNOLJOZCR-UHFFFAOYSA-N
  • [B].[Ti].[B]
Properties
TiB2
Molar mass 69.489 g/mol
Appearance non lustrous metallic grey
Density 4.52 g/cm3
Melting point 3,230 °C (5,850 °F; 3,500 K)
Structure
Hexagonal, hP1
P6/mmm
a = 302.36 pm, c = 322.04 pm
Except where otherwise noted, data are given for materials in their standard state (at 25 °C [77 °F], 100 kPa).
checkY verify (what is checkY☒N ?)

टाइटेनियम डाइबोराइड (TiB2) एक अत्यंत कठोर सिरेमिक है जिसमें उच्च ऊष्मा चालकता, ऑक्सीकरण स्थिरता और घर्षणरोध हैं। टाइटेनियम डाइबोराइड एक उचित विद्युत चालक भी है,[1]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 डाइबोराइड बोरान कार्बाइड और टाइटेनियम कार्बाइड के साथ कुछ गुण साझा करता है, लेकिन इसके अनेक गुण B4C और TiC से बेहतर हैं:[2]


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

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 डाइबोराइड या सिलिकॉन नाइट्राइड की तुलना में शुद्ध लोहे के संपर्क में अधिक स्थिर है।[2]

टाइटेनियम डाइबोराइड 1100 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान पर हाइड्रोक्लोरिक एसिड और हाइड्रोफ्लुओरिक अम्ल के लिए हवा में ऑक्सीकरण के लिए प्रतिरोधी है,[2]किन्तु क्षार, नाइट्रिक एसिड और सल्फ्यूरिक एसिड के साथ प्रतिक्रिया करता है।

उत्पादन

टाइटेनियम डाइबोराइड प्राकृतिक रूप से पृथ्वी में नहीं होता है। टाइटेनियम डाइबोराइड पाउडर विभिन्न प्रकार के उच्च तापमान विधियों द्वारा तैयार किया जा सकता है, जैसे कि टाइटेनियम या इसके ऑक्साइड/हाइड्राइड्स की प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया, 1000 डिग्री सेल्सियस से अधिक मौलिक बोरॉन के साथ, टाइटेनियम ऑक्साइड और बोरान ऑक्साइड, या हाइड्रोजन की थर्माइट प्रतिक्रिया द्वारा कार्बोथर्मल कमी धातु या उसके हलाइड्स की उपस्थिति में बोरॉन हलाइड्स की कमी। विभिन्न संश्लेषण मार्गों के मध्य प्रचुरता में सूक्ष्मतर टाइटेनियम डाइबोराइड 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)[3]

हालांकि पहला संश्लेषण मार्ग (1), नैनो आकार के पाउडर का उत्पादन नहीं कर सकता। नैनोक्रिस्टलाइन (5–100 एनएम) टाइटेनियम डाइबोराइड प्रतिक्रिया (2) या निम्नलिखित तकनीकों का उपयोग करके संश्लेषित किया गया था:

  • NaBH की समाधान चरण प्रतिक्रिया4 और TiCl4, इसके बाद 900–1100 डिग्री सेल्सियस पर प्राप्त अनाकार अग्रदूत की घोषणा की जाती है।[4]
  • तात्विक Ti और B पाउडर के मिश्रण की यांत्रिक मिश्रधातु।[5]
  • स्व-प्रसार उच्च तापमान संश्लेषण प्रक्रिया जिसमें NaCl की अलग-अलग मात्रा शामिल है।[6]
  • मिलिंग असिस्टेड सेल्फ-प्रॉपेगेटिंग हाई-टेम्परेचर सिंथेसिस (MA-SHS)।[7]
  • अनाकार बोरोन पाउडर और TiCl के साथ धातु सोडियम के बेंजीन में सॉल्वोथर्मल प्रतिक्रिया4 400 डिग्री सेल्सियस पर:[8]
TiCl4 + 2 बी + 4 ना → टीआईबी2 + 4 NaCl

कई टी.आई.बी2 अनुप्रयोगों को आर्थिक कारकों द्वारा बाधित किया जाता है, विशेष रूप से एक उच्च गलनांक सामग्री को सघन करने की लागत - गलनांक लगभग 2970 डिग्री सेल्सियस है, और टाइटेनियम डाइऑक्साइड की एक परत के लिए धन्यवाद जो एक पाउडर के कणों की सतह पर बनता है, यह है सिंटरिंग के लिए बहुत प्रतिरोधी। लगभग 10% सिलिकॉन नाइट्राइड का मिश्रण सिंटरिंग की सुविधा देता है,[9] हालांकि सिलिकॉन नाइट्राइड के बिना सिंटरिंग का भी प्रदर्शन किया गया है।[1]

टीआईबी की पतली फिल्में2 कई तकनीकों द्वारा उत्पादित किया जा सकता है। TiB का विद्युत लेपन2 भौतिक वाष्प जमाव या रासायनिक वाष्प जमाव की तुलना में परतों के दो मुख्य लाभ हैं: परत की बढ़ती दर 200 गुना अधिक है (5 μm/s तक) और जटिल आकार के उत्पादों को ढंकने की असुविधा नाटकीय रूप से कम हो जाती है।

संभावित अनुप्रयोग

टीआईबी का वर्तमान उपयोग2 प्रभाव प्रतिरोधी कवच, काटने के उपकरण, क्रूसिबल, न्यूट्रॉन अवशोषक और पहनने वाले प्रतिरोधी कोटिंग्स जैसे क्षेत्रों में विशेष अनुप्रयोगों तक सीमित प्रतीत होता है।

टीआईबी2 अल्युमीनियम के वाष्प कोटिंग के लिए वाष्पीकरण नावों के लिए बड़े पैमाने पर उपयोग किया जाता है। यह एल्युमीनियम उद्योग के लिए एक आकर्षक सामग्री है, क्योंकि ढलाई (धातु कार्य) एल्यूमिनियम मिश्र धातु में स्फटिक को परिष्कृत करने के लिए, पिघले हुए एल्युमीनियम में इसकी घुलनशीलता और कम घुलनशीलता और अच्छी विद्युत चालकता के कारण।

टीआईबी की पतली फिल्में2 सस्ते और/या सख्त सबस्ट्रेट को टूट-फूट और संक्षारण प्रतिरोध प्रदान करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।

संदर्भ

  1. ↑ 1.0 1.1 J. Schmidt et al. "Preparation of titanium diboride TiB2 by spark plasma sintering at slow heating rate" Sci. Technol. Adv. Mater. 8 (2007) 376 free download
  2. ↑ 2.0 2.1 2.2 Basu, B.; Raju, G. B.; Suri, A. K. (2006-12-01). "Processing and properties of monolithic TiB2 based materials". International Materials Reviews. 51 (6): 352–374. doi:10.1179/174328006X102529. ISSN 0950-6608. S2CID 137562554.
  3. ↑ Zoli, Luca; Galizia, Pietro; Silvestroni, Laura; Sciti, Diletta (23 January 2018). "सोडियम बोरोहाइड्राइड के साथ बोथर्मल कमी के माध्यम से समूह IV और V धातु डाइबोराइड नैनोक्रिस्टल का संश्लेषण". Journal of the American Ceramic Society. 101 (6): 2627–2637. doi:10.1111/jace.15401.
  4. ↑ S. E. Bates et al. "Synthesis of titanium boride (TiB)2 nanocrystallites by solution-phase processing" J. Mater. Res. 10 (1995) 2599
  5. ↑ A. Y. Hwang and J. K. Lee "Preparation of TiB2 powders by mechanical alloying " Mater. Lett. 54 (2002) 1
  6. ↑ A. K. Khanra et al. "Effect of NaCl on the synthesis of TiB2 powder by a self-propagating high-temperature synthesis technique" Mater. Lett. 58 (2004) 733
  7. ↑ Amin Nozari; et al. (2012). "Synthesis and characterization of nano-structured TiB2 processed by milling assisted SHS route". Materials Characterization. 73: 96–103. doi:10.1016/j.matchar.2012.08.003.
  8. ↑ Y. Gu et al. "A mild solvothermal route to nanocrystalline titanium diboride" J. Alloy. Compd. 352 (2003) 325
  9. ↑ Titanium diboride sintered body with silicon nitride as a sintering aid and a method for manufacture thereof


तुलना करें

यह भी देखें

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

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