本發(fā)明屬于陶瓷領(lǐng)域，尤其涉及一種新型陶瓷晶體ti3b2n及其制備方法。
背景技術(shù)：
氮化鈦（tin）與二硼化鈦（tib2）組成的多元復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于各種耐高溫部件及功能部件，如高溫坩堝、引擎部件等，也是制作裝甲防護(hù)材料的最好材料之一。tib2是硼和鈦?zhàn)罘€(wěn)定的化合物，屬六方晶系的準(zhǔn)金屬化合物，具有導(dǎo)電性和金屬光澤，并具有高硬度和脆性特點(diǎn)。tin晶體結(jié)構(gòu)屬面心立方點(diǎn)陣，具有典型的nacl型結(jié)構(gòu)，tin抗熱沖擊性好，tin熔點(diǎn)比大多數(shù)過(guò)度金屬氮化物的熔點(diǎn)高，而密度卻比大多數(shù)金屬氮化物低，因此是一種很有特色的耐熱材料。
ti-b-n三元晶體，目前只有ti4n3b2一種晶體化合物存在，其晶體結(jié)構(gòu)與tin相同，屬立方晶系。ti-b-n具有和tin與tib2類(lèi)似的材料成份和價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，因此具有相近的物理化學(xué)性能。擴(kuò)展并探索不同晶系的ti-b-n三元晶體結(jié)構(gòu)，在研究高硬度陶瓷材料領(lǐng)域具有很好的現(xiàn)實(shí)意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種新型陶瓷晶體ti3b2n及其制備方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：
一種新型陶瓷晶體，該晶體的分子式為ti3b2n，晶體結(jié)構(gòu)為正交晶系，空間點(diǎn)群為cmmm，晶格常數(shù)為：a=3.032(4)?，b=3.189(3)?，c=12.897(4)?，α=β=γ=90°。
所述晶體結(jié)構(gòu)中ti-n鍵長(zhǎng)分別為2.198(3)?、1.999(3)?，ti-b鍵長(zhǎng)為2.317(3)?，b-b鍵長(zhǎng)為1.805(3)?。
制備方法：將鈦粉和六方氮化硼粉末以1.5-2.5:1的摩爾比在空氣中混合、研磨、壓片，然后在惰性保護(hù)氣氛下以5-10℃/min的速率升溫至1100-1200℃，保溫3-12h，自然冷卻至室溫，即制得目標(biāo)產(chǎn)品。
本發(fā)明通過(guò)高溫?zé)Y(jié)，成功制備出一種新的晶體結(jié)構(gòu)ti3b2n，提供了一種新型高硬度材料。根據(jù)xingqiuchen等人提出的硬度計(jì)算模型(文獻(xiàn)：intermetallics,2011,19,p1275-1281.)，本發(fā)明所述ti3b2n晶體的維氏硬度約28gpa。ti3b2n硬度與碳化鈦（tic）、碳化鋯（zrc）相當(dāng)，比氮化鈦（tin）更硬，可應(yīng)用于鈦合金、鋼、硬質(zhì)合金和鋁結(jié)構(gòu)的涂層以改善表面性質(zhì)，例如工具模表面鍍層的應(yīng)用，可以提高工具模的加工效率和使用時(shí)間。ti3b2n也可應(yīng)用于制造金屬陶瓷和硬質(zhì)合金。
附圖說(shuō)明
圖1：ti3b2n的理論xrd圖譜。
圖2：本發(fā)明實(shí)施例1制備的ti3b2n的xrd圖譜。
圖3：本發(fā)明實(shí)施例1制備的ti3b2n的透射電鏡照片。
圖4：本分明實(shí)施例1制備的ti3b2n的電子衍射斑點(diǎn)。
圖5：本發(fā)明實(shí)施例2制備的ti3b2n的xrd圖譜。
圖6：本發(fā)明實(shí)施例3制備的ti3b2n的xrd圖譜。
圖7：本發(fā)明實(shí)施例4制備的ti3b2n的xrd圖譜。
圖8：本發(fā)明實(shí)施例5制備的ti3b2n的xrd圖譜。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例1
將純度大于99.9%的鈦（ti）粉和六方氮化硼（bn）粉末按摩爾比2:1在空氣中混合研磨，粉壓成型后，將樣品用剛玉坩堝盛放，然后放入高溫管式爐中氬氣保護(hù)，以每分鐘10℃的升溫速率，將管式爐溫度升至1100℃，保溫6小時(shí)，停止加熱后樣品自然冷卻至室溫，即得產(chǎn)品。
采用晶體結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)軟件uspex和vasp，可得ti3b2n最穩(wěn)定晶體結(jié)構(gòu)。采用晶體xrd譜圖模擬軟件poudrix，可得ti3b2n的理論xrd圖譜，見(jiàn)圖1。
本實(shí)施例1制備的產(chǎn)品的xrd圖譜、透射電鏡照片、電子衍射斑點(diǎn)分別見(jiàn)圖2、3、4；經(jīng)x-射線衍射分析，確定的晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)為：正交晶系，空間點(diǎn)群為cmmm，晶格常數(shù)為a=3.032(4)?，b=3.189(3)?，c=12.897(4)?，α=β=γ=90°；ti-n鍵長(zhǎng)分別為2.198(3)?、1.999(3)?，ti-b鍵長(zhǎng)為2.317(3)?，b-b鍵長(zhǎng)為1.805(3)?。
圖1與圖2對(duì)比可知：與（103）、（014）、（111）晶面對(duì)應(yīng)的36.3°、39.8°、41.7°位置的三強(qiáng)峰以及其他強(qiáng)度較弱衍射峰從位置和強(qiáng)度都一致，可以證明本實(shí)施例1制備出的產(chǎn)品即為ti3b2n晶體；圖3、圖4反映的結(jié)果與xrd對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)一致，進(jìn)一步證實(shí)了此結(jié)論。
根據(jù)xingqiuchen等人提出的硬度計(jì)算模型(文獻(xiàn)：intermetallics,2011,19,p1275-1281.)，本發(fā)明所述ti3b2n晶體的維氏硬度約28gpa。
實(shí)施例2
將純度大于99.9%的鈦（ti）粉和六方氮化硼（bn）粉末按摩爾比2:1混合，粉壓成型后，將樣品用剛玉坩堝盛放，然后放入高溫管式爐中氬氣保護(hù)，以每分鐘10℃的升溫速率，將管式爐溫度升至1100℃，保溫12小時(shí)，停止加熱后樣品自然冷卻至室溫，即得產(chǎn)品，其xrd圖譜見(jiàn)圖5，與ti3b2n的理論xrd圖譜比對(duì)，證實(shí)該產(chǎn)品即為ti3b2n晶體。
實(shí)施例3
將純度大于99.9%的鈦（ti）粉和六方氮化硼（bn）粉末按摩爾比2:1混合，粉壓成型后，將樣品用剛玉坩堝盛放，然后放入高溫管式爐中氬氣保護(hù)，以每分鐘5℃的升溫速率，將管式爐溫度升至1200℃，保溫3小時(shí)，停止加熱后樣品自然冷卻至室溫，即得產(chǎn)品，其xrd圖譜見(jiàn)圖6，與ti3b2n的理論xrd圖譜比對(duì)，證實(shí)該產(chǎn)品即為ti3b2n晶體。
實(shí)施例4
將純度大于99.9%的鈦（ti）粉和六方氮化硼（bn）粉末按摩爾比2:1混合，粉壓成型后，將樣品用剛玉坩堝盛放，然后放入高溫管式爐中氬氣保護(hù)，以每分鐘10℃的升溫速率，將管式爐溫度升至1200℃，保溫6小時(shí)，停止加熱后樣品自然冷卻至室溫，即得產(chǎn)品，其xrd圖譜見(jiàn)圖7，與ti3b2n的理論xrd圖譜比對(duì)，證實(shí)該產(chǎn)品即為ti3b2n晶體。
實(shí)施例5
將純度大于99.9%的鈦（ti）粉和六方氮化硼（bn）粉末按摩爾比2:1混合，粉壓成型后，將樣品用剛玉坩堝盛放，然后放入高溫管式爐中氬氣保護(hù)，以每分鐘10℃的升溫速率，將管式爐溫度升至1200℃，保溫12小時(shí)，停止加熱后樣品自然冷卻至室溫，即得產(chǎn)品，其xrd圖譜見(jiàn)圖8，與ti3b2n的理論xrd圖譜比對(duì)，證實(shí)該產(chǎn)品即為ti3b2n晶體。