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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