Нитрид титана

Нитрид титана представляет собой химическое соединение двух элементов титана и азота с формулой отношения TiN. Это металлический твердый материал типичного золотисто-желтого цвета. Керамический материал характеризуется очень высокой твердостью и устойчивостью к коррозии , что приводит к ряду технических применений. В природе нитрид титана известен как редкий метеоритный минерал осборнит .

Извлечение и представление

Нитрид титана обычно получают в виде покрытий микрометровой толщины, реже в виде керамического тела или порошка . Изготовление из элементов возможно при температурах выше 1200 ° C, при этом необходимо соблюдать осторожность, чтобы исключить воздух, кислород и влагу, что является сложным с точки зрения технологии процесса. Этот процесс прямого азотирования титана описывается следующим уравнением реакции: Другой способ получения нитрида титана — газофазный аммонолиз при температурах выше 900 ° C. Здесь четыреххлористый титан содержит титан со степенью окисления от +4 до +3, восстановленный в нитриде титана. Азот из аммиака служит поставщиком электронов . Как и при прямом азотировании титана, необходимо следить за тем, чтобы исключить кислород и влагу.

Газофазный аммонолиз можно описать следующим уравнением реакции: Хлорид аммония образуется при избытке аммиака . Следующие ниже процедуры относятся к производству TiN для нанесения покрытий. Прямое азотирование из титана осуществляет в KCN / K 2 CO 3 — расплавленной соли . Обычными процессами являются цементация в ванне цианистой соли (процесс TIDURAN), азотирование под высоким давлением (процесс TIDUNIT) и плазменное азотирование в атмосфере водорода / азота. Защитный слой, полученный путем азотирования, обычно состоит из соединительного слоя толщиной примерно 10 мкм и диффузионного слоя толщиной 50–200 мкм. При плазменном азотировании можно получить слоистую структуру без соединительного слоя. Синтез из хлорида титана и азота путем покрытия водородной плазмой (тонкие слои) по уравнению реакции: Тонкие слои, которые имеют полупроводниковые свойства на SiO 2, могут быть получены путем химического осаждения из газовой фазы (CVD) с TDMAT . Слои нитрида титана, полученные напылением с увеличением содержания азота.

Тонкие слои также могут быть нанесены на металлы и некоторые полимеры , в первую очередь путем физического осаждения из газовой фазы ( процесс PVD ), например Б. распылением . Титановая пластина бомбардировка с благородными ионами газа ( аргон ), после чего атомы титана и азот из атмосферы распыления осаждаются на подложках. Концентрация азота в атмосфере определяет последующую концентрацию в создаваемом слое. От чистого титана до эпсилон-Ti 2 N и стехиометрического TiN также можно наносить слои с большим количеством азота, чем в титане. В зависимости от содержания азота физические свойства также колеблются между значениями чистого титана и TiN. Сверхстехиометрические слои имеют бронзово-коричневый цвет и составляют лишь половину твердости TiN. Изготовление керамических тел затруднено, поскольку чистый TiN имеет лишь низкую спекающую активность из-за его высокой ковалентной связи . Следовательно, необходимо прессование формованных изделий из TiN, использование спекающих добавок и внешнего давления. Без этого давления керамика не достигнет теоретической плотности и других полезных свойств. Однако известны способы, позволяющие избежать этих высоких давлений за счет использования в качестве исходного материала очень тонких, так называемых наноразмерных порошков .