氮化钛陶瓷介绍与应用

1. 氮化钛陶瓷简介

氮化钛(TiN)具有典型的NaCl型结构,属面心立方点阵,TiN粉末一般呈黄褐色,超细TiN粉末呈黑色,而TiN晶体呈金黄色。

氮化钛粉末

 

TiN熔点为2950℃,密度为5.43-5.44g/cm3,莫氏硬度8-9,抗热冲击性好。TiN熔点比大多数过渡金属氮化物的熔点高,而密度却比大多数金属氮化物低。

2.氮化钛陶瓷的制造工艺

(1) 氮化钛(TiN) 粉末的制备

制备氮化钛粉末的方法有氢化钛、钛粉直接氮化法、二氧化钛还原和化学气相沉积法(CVD法)等。

方法

反应方程式

反应温度

特征

氢化钛、

钛粉直接氮化法

2TiH2 N2==2TiN 2H2

2Ti N2==2TiN

 

1000~1400℃

可得到超细和氮含量高的粉末,工艺较简单,但时间较长,原料贵

二氧化钛还原

2TiO2 4C N2==2TiN 4CO

1250~1400℃

能制取活性超细粉末,但纯度不高,此方法工艺简单,原料便宜,反应时间短,生产效率较

高,成本较低

化学气相沉积法(CVD法)

2TiCl4 N2 4H2==2TiN 8HCl

1100~1500℃

制备的TiN粉细,纯度高,为超细活性粉末,但生产效率低,成本高

(2) 金色氮化钛涂层

目前,在日用陶瓷和艺术陶瓷上常采用CVD法在陶瓷的表面沉积氮化钛涂层,不仅具有耐磨性,而且还有金色光泽的装饰效果,由此,可以替代和节约昂贵的黄金。

化学气相沉积法(CVD法), 是以氮气作为氮的来源,其反应式如下:

2TiCl4 N2 4H2==2TiN 8HCl(800~850℃)

沉积TiN的色泽和粘着的牢固程度与 TiCl4 和N2的流量、温度等有密切的关系,但只要将沉积温度控制在800~850℃, 各气体流量尽可能小些,基体表面处理适宜,可在陶瓷表面获得金色氮化钛涂层。

氮化钛涂层

 

3. 氮化钛陶瓷的性能与用途

氮化钛陶瓷具有金黄色光泽,硬度高(显微硬度为21GPa) 、熔点高(2950℃) 、化学稳定性好,还具有较高的导电性和超导性。

利用氮化钛陶瓷硬度高、化学稳定好的特点,可以用作耐熔、耐磨材料;利用氮化钛陶瓷具有金黄色光泽的特性,可以用于表面装饰以提高耐磨性,特别适用于日用艺术陶瓷的表面装饰;利用氮化钛陶瓷具有较高的导电性和超导性的特性,可以用作熔盐电解的电极以及电触头等材料

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