立方（cubic)-TiB的合成、晶体结构与物理性能

在50年代有人认为TiB是闪锌矿型立方结构，也有人认为是NaCl型面心立方结构。在Ti-B相图上显示的TiB晶体结构为正交晶系，是人们普遍认同的结构。我们把金属固体渗硼方法改进成"硼化法"，用该方法顺利合成了TiB粉末。初步测试结果表明，合成的TiB具有立方晶体结构，导电性特别好，电阻率为10-7Ωm数量级，与金属相当，熔点高，耐酸、碱蚀性，具有超导电性，是一种导电陶瓷材料。在前期工作基础上，本项目拟进一步优化"硼化法"，证明除正交TiB外还存在一种立方TiB，研究立方TiB的晶体结构、晶格常数、对应的空间群、形核和长大机理，导电性和其它物理性能和机械性能，以及它与现有正交TiB的内在联系。立方TiB粉末是一种新型结构和功能材料陶瓷材料，它的电子结构、导电机理、Ti-B和B-B的键结构、晶体结构，以及超导电性均展现出了诱人的理论研究价值，其优良导电性可能在很多新产品中获到应用。

在研究立方TiB的同时，发现TiBCN粉末合成方法，获得国家发明专利，并已转让给一家公司。用这种方法可以制备TiBCN粉末新材料。TiBCN是立方TiB、TiC和TiN三种基元化合物复合成的单相化合物，具有NaCl型面心立方晶体结构，晶格常数在4.2432Å～4.2466Å之间，是一种国内外尚没有见到的新型功能和结构陶瓷材料。TiBCN粉末的松装密度为0.8g/cm3，可以自动输送，颗粒呈聚晶状态，可细化至D50=1.05微米，包含大量纳米颗粒，熔点高，化学性能稳定，导电性能与金属相当，室温电阻率为15×10-7 Ω cm，有超导现象，TC=12K。可烧结性能好。.以TiBCN粉末作为熔覆材料，进行了激光、钨极氩弧焊(TIG)熔覆、激光3D打印和超音速氧焰 high velocity oxy-fule (HVOF)爆炸喷涂，发现TiBCN粉末可自动送粉，颗粒在激光、钨极氩弧焊熔覆层分布均匀、自动组装成树枝状组织，发生元素交换，基体熔体中的Al固溶到TiBCN中，形成Ti(Al)BCN，改善熔覆层性能。以TiBCN粉末为添材的激光3D打印的TC4材料硬度明显提高，没有裂纹缺陷。用HVOF方法制备的TiBCN涂层，颗粒细小，与基体结合牢固。对TiBCN粉末进行热压（HP）和火花等离子体烧结（SPS）烧结。TiBCN粉末烧结块体材料的颜色为土金黄色，有良好的电子导电性，适合电花火切割加工。 HP烧结材料的硬度为18-24GPa，弯曲强度为240～300MPa； SPS烧结材料的性能优于HP烧结材料，抗弯强度达到335MPa。主要成果：1）发明了TiBCN粉末合成方法，获得国家发明专利，并已经转让给一家公司，进行了小批量生产。TiBCN粉末在澳大利亚波音公司试用，受到高度评价，并试销到意大利；2）对合成TiBCN粉末进行了XRD、TEM、HRTEM和XPS分析，确定了粉末的物理、化学性能；3）对合成TiBCN粉末进行了应用研究，证明可以用TiBCN粉末制备优良激光熔覆层和TIG熔覆层。可以把TiBCN粉末作为添材制备激光3D打印零件。可以用HVOF爆炸喷涂方法制备TiBCN涂层。可以用HP和SPS方法把TiBCN粉末烧结成块体材料，SPS烧结材料的抗弯强度优于HP。TiBCN粉末更适合SPS烧结。TiBCN粉末烧结体导电，有良好的可电切削加工（EDM）性能，最小加工表面粗