氮化鈦性質、用途與生產工藝
氮化鈦簡稱TiN，是一種合成陶瓷材料，極堅硬，其硬度接近于金剛石。氮化鈦在室溫下是化學穩定但會被熱濃酸侵蝕，在800℃常壓下會被氧化。具有紅外線（IR）的反射特性，反射光譜類似于金（Au）的光譜，因此呈淡黃色。根據不同的基板材料和基材的表面光潔度，氮化鈦的相對摩擦系數約為0.4-0.9（無潤滑）。其典型的晶體結構為氯化鈉型（元素相對化學計量約為1：1），而TiNx復合物的熱力學穩定系數x為0.6-1.2。全球首個超級隔熱材料是由冷卻到接近絕對零度的氮化鈦薄膜制成的，其隔熱性能會增加10萬個單位。
氮化鈦分子立體結構
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氮化鈦，金黃色立方晶系結晶。分子量61.89。熔點2950℃。密度5.43。微溶于氫氟酸、王水、硝酸，不溶于水。具有高熔點、高強度、高硬度、耐酸堿浸蝕、耐磨損、高溫化學穩定性以及優良的導電、導熱性能。覆蓋有氮化鈦膜的高速鋼切削工具，能減少刀具磨損、提高切屑速度，延長使用壽命。還大量用作表殼、表帶和其他仿金合金鍍層。氮化鈦晶須用于增強金屬基和陶瓷基復合材料。由鈦和氮在1 200℃反應制得。
晶體結構：立方體
分子式:TiN
Cas No: 25583-20-4
分子量:61.874
密度：5.22 g/cm3
熔點：2930 ℃（5310°F; 3200 K）
氣味：無臭
溶解性：微溶于熱的王水,濃硫酸和氟化氫，不溶于水
維氏硬度：2400
彈性模量：251GPa
熱導率：19.2 W/(m·°C)
熱膨脹系數：9.35×10-6 K -1
超導轉變溫：5.6 k
磁化率：+38×10-6 emu/mol
1.氮化鈦涂層廣泛用于金屬邊緣以保持機械模具的耐腐蝕性，如鉆頭和銑刀，常常由提高三個或更多的因素改善其壽命。
2.由于其具有金屬光澤，常用作服裝和汽車裝飾點綴。作為外層涂層，通常以鎳（Ni）或鉻（Cr）為鍍基板，包裝管道和門窗五金。
3.該涂層也用在航空航天和軍事方面，以及保護的自行車和摩托車的懸掛裝置滑動面，甚至遙控玩具車的減震軸。
4.該材料無毒的，符合FDA規范，因此也常用于醫療器械，如保持手術刀刀片和骨科骨鋸刀邊緣的銳度，或直接作為植入假體（尤其是髖關節置換植入物）和其他醫學植入物。
5.氮化鈦薄膜可用于微電子領域，作為有源器件和金屬接點之間的導電阻擋層。而將薄膜擴散到金屬硅中，它的導電率（30-70μΩ·cm）足以形成良好的導電連接。
6.這種特殊的“阻擋金屬“還具有陶瓷的化學或機械性能，該工藝大量用于當前的45納米芯片設計中以提高晶體管的性能。在電池領域，通過將氮化鈦與柵介質層（例如，HfSiO）組合，相比于標準的SiO2，可以提高介電常數，按比例縮小柵長度，低泄漏，較高的驅動電流，相同或更好的閾值電壓。
7.較高的生物穩定性使得該合金應用領域延伸到了生物電子電極，如視網膜下的假體項目和生物醫學中的微電子機械系統（生物微機電），使智能植入物或體內生物傳感器能夠承受嚴重的體液腐蝕。
最常用的氮化鈦薄膜合成方法是物理氣相沉積法（PVD，通常有濺射沉積，陰極電弧沉積或電子束加熱）和化學氣相沉積法（CVD）。兩種方法都是將純鈦升華，并在高能量真空環境中與氮氣反應。
1.通過將粉末狀金屬鈦壓縮到適當的密度，在1200℃純氮氣中由金屬和氣體之間的化學反應所釋放的熱量燒結成氮化物的反應產物氮化鈦粉末，如下反應式：2Ti+N2=2TiN。
2.在高溫下，由四氯化鈦-氮的混合氣與氨-氫的混合氣反應，如下反應式：6TiCl4+32NH3=6TiN+24NH4Cl+N2。
3.將鈦-氫-氮混合氣加熱到高溫通過石墨，冷卻后沉積在基體材料上形成膜。
避免過熱。該合金雖然化學性質穩定，但在熱的苛性堿或過熱的水蒸氣中分解逸出氫和氨。一般鈦化物(包括氮化鈦)在氮氣氛中經高溫還原很易形成不純的氮化鈦。
用途
可用作熔鹽電解的電極和電觸頭等導電材料
生產方法
1.將金屬鈦放入加熱爐中，在氮氣氣流中，加熱至1000～1400℃反應直接得到氮化鈦?；蛘邔⒍趸伜吞家砸欢ū壤浞只旌?，放入加熱爐中，在氮氣氣流中加熱至1250℃還原氮化制得氮化鈦。采用氣相沉積法，由四氯化鈦、氮氣、氫氣混合氣體可以得到氮化鈦涂層。
2.往四氯化鈦的蒸發器中通入H2和N2的混合氣體，并在該氣流中將鎢絲線圈通電加熱，即有氮化鈦結晶析出(用內徑50mm的透明石英管為反應管)。實驗證明當氮氣和氫氣濃度相等，四氯化鈦濃度為0.3%，鎢絲溫度在1300～1500℃時氮化鈦的析出速度最大。
3.將四氯化鈦和氮氣的混合氣體與氨氣和氫氣的混合氣體加熱到700℃以上使它們反應。在反應出口處安裝一燒瓶來收集產物。產物中的副產物氯化銨在惰性氣流中于350℃加熱十幾分鐘即可除去，進而得到黑色氮化鈦粉末。
4.
直接合成法 將金屬鈦放入加熱爐中，在氮氣氣流中，加熱至1000～1400℃直接合成得氮化鈦。
5.
二氧化鈦還原法 將二氧化鈦和炭按比例充分混合，放入加熱爐中，在氮氣氣流中加熱至1250℃還原氮化制得氮化鈦。粉碎得微細產品。也可用四氯化鈦和甲烷、氮氣、氫氣氮化制得氮化鈦。
氮化鈦
上下游產品信息
上游原料
下游產品