El diboruro de titanio (TiB 2 ) es una cerámica extremadamente dura que tiene una excelente conductividad térmica, estabilidad a la oxidación y resistencia al desgaste . El TiB 2 también es un conductor eléctrico razonable, [1] por lo que se puede utilizar como material de cátodo en la fundición de aluminio y se puede moldear mediante mecanizado por descarga eléctrica .
El TiB2 comparte algunas propiedades con el carburo de boro y el carburo de titanio , pero muchas de sus propiedades son superiores a las del B4C y el TiC: [2]
Respecto a la estabilidad química, el TiB2 es más estable en contacto con hierro puro que el carburo de tungsteno o el nitruro de silicio . [2]
El TiB2 es resistente a la oxidación en el aire a temperaturas de hasta 1100 °C, [2] y a los ácidos clorhídrico y fluorhídrico , pero reacciona con álcalis , ácido nítrico y ácido sulfúrico .
El TiB2 no se encuentra de forma natural en la tierra. El polvo de diboruro de titanio se puede preparar mediante diversos métodos de alta temperatura, como las reacciones directas del titanio o sus óxidos/hidruros con boro elemental a más de 1000 °C, la reducción carbotérmica mediante la reacción de termita de óxido de titanio y óxido de boro , o la reducción con hidrógeno de haluros de boro en presencia del metal o sus haluros. Entre las diversas rutas de síntesis, se han desarrollado la síntesis electroquímica y las reacciones en estado sólido para preparar diboruro de titanio más fino en grandes cantidades. Un ejemplo de reacción en estado sólido es la reducción borotérmica, que se puede ilustrar mediante las siguientes reacciones:
(1) 2 TiO 2 + B 4 C + 3C → 2 TiB 2 + 4 CO
(2) TiO 2 + 3NaBH 4 → TiB 2 + 2Na (g,l) + NaBO 2 + 6H 2(g) [3]
Sin embargo, la primera vía de síntesis (1) no permite producir polvos de tamaño nanométrico. El TiB2 nanocristalino (5–100 nm) se sintetizó mediante la reacción (2) o las siguientes técnicas:
Muchas aplicaciones del TiB2 se ven limitadas por factores económicos, en particular los costos de densificación de un material con un punto de fusión alto (el punto de fusión es de aproximadamente 2970 °C y, gracias a una capa de dióxido de titanio que se forma en la superficie de las partículas de un polvo, es muy resistente a la sinterización ). La adición de aproximadamente un 10 % de nitruro de silicio facilita la sinterización, [9] aunque también se ha demostrado la sinterización sin nitruro de silicio. [1]
Se pueden producir películas delgadas de TiB2 mediante varias técnicas. La galvanoplastia de capas de TiB2 tiene dos ventajas principales en comparación con la deposición física en fase de vapor o la deposición química en fase de vapor : la velocidad de crecimiento de la capa es 200 veces mayor (hasta 5 μm/s) y los inconvenientes de cubrir productos de formas complejas se reducen drásticamente.
El uso actual de TiB2 parece estar limitado a aplicaciones especializadas en áreas tales como armaduras resistentes al impacto , herramientas de corte , crisoles , absorbedores de neutrones y recubrimientos resistentes al desgaste.
El TiB2 se utiliza ampliamente en los botes de evaporación para el recubrimiento de aluminio por vapor . Es un material atractivo para la industria del aluminio como inóculo para refinar el tamaño de grano al fundir aleaciones de aluminio , debido a su humectabilidad y baja solubilidad en aluminio fundido y buena conductividad eléctrica.
Se pueden utilizar películas delgadas de TiB2 para proporcionar resistencia al desgaste y a la corrosión a un sustrato barato y/o resistente.