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氮化鈦陶瓷介紹與應用

1. 氮化鈦陶瓷簡介

氮化鈦(TiN)具有典型的NaCl型結構,屬面心立方點陣,TiN粉末一般呈黃褐色,超細TiN粉末呈黑色,而TiN晶體呈金黃色。

TiN熔點為2950℃,密度為5.43-5.44g/cm3,莫氏硬度8-9,抗熱沖擊性好。TiN熔點比大多數過渡金屬氮化物的熔點高,而密度卻比大多數金屬氮化物低。

2.氮化鈦陶瓷的制造工藝

(1) 氮化鈦(TiN) 粉末的制備

制備氮化鈦粉末的方法有氫化鈦、鈦粉直接氮化法、二氧化鈦還原和化學氣相沉積法(CVD法)等。

方法

反應方程式

反應溫度

特征

氫化鈦、

鈦粉直接氮化法

2TiH2 N2==2TiN 2H2

2Ti N2==2TiN

 

1000~1400℃

可得到超細和氮含量高的粉末,工藝較簡單,但時間較長,原料貴

二氧化鈦還原

2TiO2 4C N2==2TiN 4CO

1250~1400℃

能制取活性超細粉末,但純度不高,此方法工藝簡單,原料便宜,反應時間短,生產效率較

高,成本較低

化學氣相沉積法(CVD法)

2TiCl4 N2 4H2==2TiN 8HCl

1100~1500℃

制備的TiN粉細,純度高,為超細活性粉末,但生產效率低,成本高

(2) 金色氮化鈦涂層

目前,在日用陶瓷和藝術陶瓷上常采用CVD法在陶瓷的表面沉積氮化鈦涂層,不僅具有耐磨性,而且還有金色光澤的裝飾效果,由此,可以替代和節約昂貴的黃金。

化學氣相沉積法(CVD法), 是以氮氣作為氮的來源,其反應式如下:

2TiCl4 N2 4H2==2TiN 8HCl(800~850℃)

沉積TiN的色澤和粘著的牢固程度與 TiCl4 和N2的流量、溫度等有密切的關系,但只要將沉積溫度控制在800~850℃, 各氣體流量盡可能小些,基體表面處理適宜,可在陶瓷表面獲得金色氮化鈦涂層。

3. 氮化鈦陶瓷的性能與用途

氮化鈦陶瓷具有金黃色光澤,硬度高(顯微硬度為21GPa) 、熔點高(2950℃) 、化學穩定性好,還具有較高的導電性和超導性。

利用氮化鈦陶瓷硬度高、化學穩定好的特點,可以用作耐熔、耐磨材料;利用氮化鈦陶瓷具有金黃色光澤的特性,可以用于表面裝飾以提高耐磨性,特別適用于日用藝術陶瓷的表面裝飾;利用氮化鈦陶瓷具有較高的導電性和超導性的特性,可以用作熔鹽電解的電極以及電觸頭等材料


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