氮化钛性质、用途与生产工艺
氮化钛简称TiN，是一种合成陶瓷材料，极坚硬，其硬度接近于金刚石。氮化钛在室温下是化学稳定但会被热浓酸侵蚀，在800℃常压下会被氧化。具有红外线（IR）的反射特性，反射光谱类似于金（Au）的光谱，因此呈淡黄色。根据不同的基板材料和基材的表面光洁度，氮化钛的相对摩擦系数约为0.4-0.9（无润滑）。其典型的晶体结构为氯化钠型（元素相对化学计量约为1：1），而TiNx复合物的热力学稳定系数x为0.6-1.2。全球首个超级隔热材料是由冷却到接近绝对零度的氮化钛薄膜制成的，其隔热性能会增加10万个单位。
氮化钛分子立体结构
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氮化钛，金黄色立方晶系结晶。分子量61.89。熔点2950℃。密度5.43。微溶于氢氟酸、王水、硝酸，不溶于水。具有高熔点、高强度、高硬度、耐酸碱浸蚀、耐磨损、高温化学稳定性以及优良的导电、导热性能。覆盖有氮化钛膜的高速钢切削工具，能减少刀具磨损、提高切屑速度，延长使用寿命。还大量用作表壳、表带和其他仿金合金镀层。氮化钛晶须用于增强金属基和陶瓷基复合材料。由钛和氮在1 200℃反应制得。
晶体结构：立方体
分子式:TiN
Cas No: 25583-20-4
分子量:61.874
密度：5.22 g/cm3
熔点：2930 ℃（5310°F; 3200 K）
气味：无臭
溶解性：微溶于热的王水,浓硫酸和氟化氢，不溶于水
维氏硬度：2400
弹性模量：251GPa
热导率：19.2 W/(m·°C)
热膨胀系数：9.35×10-6 K -1
超导转变温：5.6 k
磁化率：+38×10-6 emu/mol
1.氮化钛涂层广泛用于金属边缘以保持机械模具的耐腐蚀性，如钻头和铣刀，常常由提高三个或更多的因素改善其寿命。
2.由于其具有金属光泽，常用作服装和汽车装饰点缀。作为外层涂层，通常以镍（Ni）或铬（Cr）为镀基板，包装管道和门窗五金。
3.该涂层也用在航空航天和军事方面，以及保护的自行车和摩托车的悬挂装置滑动面，甚至遥控玩具车的减震轴。
4.该材料无毒的，符合FDA规范，因此也常用于医疗器械，如保持手术刀刀片和骨科骨锯刀边缘的锐度，或直接作为植入假体（尤其是髋关节置换植入物）和其他医学植入物。
5.氮化钛薄膜可用于微电子领域，作为有源器件和金属接点之间的导电阻挡层。而将薄膜扩散到金属硅中，它的导电率（30-70μΩ·cm）足以形成良好的导电连接。
6.这种特殊的“阻挡金属“还具有陶瓷的化学或机械性能，该工艺大量用于当前的45纳米芯片设计中以提高晶体管的性能。在电池领域，通过将氮化钛与栅介质层（例如，HfSiO）组合，相比于标准的SiO2，可以提高介电常数，按比例缩小栅长度，低泄漏，较高的驱动电流，相同或更好的阈值电压。
7.较高的生物稳定性使得该合金应用领域延伸到了生物电子电极，如视网膜下的假体项目和生物医学中的微电子机械系统（生物微机电），使智能植入物或体内生物传感器能够承受严重的体液腐蚀。
最常用的氮化钛薄膜合成方法是物理气相沉积法（PVD，通常有溅射沉积，阴极电弧沉积或电子束加热）和化学气相沉积法（CVD）。两种方法都是将纯钛升华，并在高能量真空环境中与氮气反应。
1.通过将粉末状金属钛压缩到适当的密度，在1200℃纯氮气中由金属和气体之间的化学反应所释放的热量烧结成氮化物的反应产物氮化钛粉末，如下反应式：2Ti+N2=2TiN。
2.在高温下，由四氯化钛-氮的混合气与氨-氢的混合气反应，如下反应式：6TiCl4+32NH3=6TiN+24NH4Cl+N2。
3.将钛-氢-氮混合气加热到高温通过石墨，冷却后沉积在基体材料上形成膜。
避免过热。该合金虽然化学性质稳定，但在热的苛性碱或过热的水蒸气中分解逸出氢和氨。一般钛化物(包括氮化钛)在氮气氛中经高温还原很易形成不纯的氮化钛。
用途
可用作熔盐电解的电极和电触头等导电材料
生产方法
1.将金属钛放入加热炉中，在氮气气流中，加热至1000～1400℃反应直接得到氮化钛。或者将二氧化钛和碳以一定比例充分混合，放入加热炉中，在氮气气流中加热至1250℃还原氮化制得氮化钛。采用气相沉积法，由四氯化钛、氮气、氢气混合气体可以得到氮化钛涂层。
2.往四氯化钛的蒸发器中通入H2和N2的混合气体，并在该气流中将钨丝线圈通电加热，即有氮化钛结晶析出(用内径50mm的透明石英管为反应管)。实验证明当氮气和氢气浓度相等，四氯化钛浓度为0.3%，钨丝温度在1300～1500℃时氮化钛的析出速度最大。
3.将四氯化钛和氮气的混合气体与氨气和氢气的混合气体加热到700℃以上使它们反应。在反应出口处安装一烧瓶来收集产物。产物中的副产物氯化铵在惰性气流中于350℃加热十几分钟即可除去，进而得到黑色氮化钛粉末。
4.
直接合成法 将金属钛放入加热炉中，在氮气气流中，加热至1000～1400℃直接合成得氮化钛。
5.
二氧化钛还原法 将二氧化钛和炭按比例充分混合，放入加热炉中，在氮气气流中加热至1250℃还原氮化制得氮化钛。粉碎得微细产品。也可用四氯化钛和甲烷、氮气、氢气氮化制得氮化钛。
氮化钛
上下游产品信息
上游原料
下游产品