Eigenschaften und Anwendungen von Titannitrid
TiN-Folie hat einen hohen Schmelzpunkt, eine hohe Härte, eine hohe chemische Stabilität bei hohen Temperaturen und eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit, elektrische Leitfähigkeit, optische Eigenschaften, Biokompatibilität usw. und ist in einer Vielzahl von Bereichen einsetzbar, wie z. B. bei Hochtemperatur-, verschleißfesten und strahlungsarmen Glasbeschichtungen, in der Medizin usw. Aufgrund ihrer einzigartigen Farbe und ihres Glanzes wird sie häufig als Goldbeschichtung in der Schmuckindustrie verwendet. Die breite Anwendung von TiN-Filmen stellt höhere Anforderungen an die Filmqualität, und die Herstellung von TiN-Filmen mit höherer Härte, höherer Verschleißfestigkeit und besserer Haftfestigkeit ist zu einem Brennpunkt der Hartbeschichtungsforschung im In- und Ausland geworden.
Eigenschaften von Titannitrid
Ti und N kann eine Vielzahl von festen Lösungen und Verbindungen, gemeinsame Ti-N-Verbindungen haben Ti2N und TiN zwei, das Metall Titan (Ti) in der interstitiellen Phase ist eine dichte Reihe von hexagonalen Punktmatrix oder Gesicht zentriert kubische Punktmatrix Anordnung, nicht-metallischen Stickstoff (N)-Atome füllen die interstitielle Position in der Ti-Kristalle. Ti2N Struktur, die Metall-Ti-Atome sind in dichten Reihen von hexagonalen gepunkteten Linie angeordnet, und die N-Atome in der Lücke Position in ihm. In der Ti2N-Struktur sind die Metall-Ti-Atome in einer dichten hexagonalen Punktmatrix angeordnet, und die N-Atome befinden sich in den Zwischenräumen; in der TiN-Struktur sind die Metall-Ti-Atome in einer kubisch-flächenzentrierten Punktmatrix angeordnet, und die N-Atome befinden sich in den Zwischenräumen des Oktaeders, der die typische B1-NaCl-Struktur bildet, wie in der Abbildung gezeigt.
Physikalische Eigenschaften:
- Farbe: Titannitrid hat ein goldgelbes Aussehen und wird wegen seiner Farbe häufig für dekorative Beschichtungen verwendet.
- Härte: TiN hat eine hohe Härte, die Vickers-Härte kann 2000-2500 HV erreichen, die Mikrohärte beträgt etwa 21GPa, mit ausgezeichneter Verschleißfestigkeit.
- Schmelzpunkt: Titannitrid hat einen Schmelzpunkt von bis zu 2930°C und eignet sich daher für den Einsatz in Hochtemperaturumgebungen.
- Dichte: TiN hat eine Dichte von 5,22 g/cm³.
- Wärmeleitfähigkeit: Die Wärmeleitfähigkeit von TiN liegt bei etwa 30 W/m-K, was eine gute Wärmeleitfähigkeit bedeutet.
- Elastizität: Elastizitätsmodul bis zu 590 GPa.
- Wärmeausdehnung: Der lineare Ausdehnungskoeffizient beträgt 9,35×10-6°C (20°C-1000°C).
Chemische Eigenschaften:
- Chemische Stabilität: TiN hat eine gute chemische Stabilität in Luft und oxidierender Umgebung, oxidiert und korrodiert nicht leicht.
- Korrosionsbeständigkeit: Titannitrid hat eine gute Beständigkeit gegen viele Chemikalien (wie Säuren und Laugen).
Elektrische Eigenschaften:
- Leitfähigkeit: TiN hat eine metallische Leitfähigkeit mit einem spezifischen Widerstand von etwa 20 µΩ-cm.
- Elektronische Struktur: TiN hat eine Mischung aus metallischen und kovalenten Bindungseigenschaften. Die elektronische Struktur verleiht ihm eine ausgezeichnete elektrische und thermische Leitfähigkeit.
Anwendungen von Titannitrid
Bereich Beschichtung
TiN-Beschichtungen gehören zu den am frühesten erforschten Nitridbeschichtungen mit dem größten Marktanteil. Es ist weit verbreitet als Beschichtung für verschiedene Schneidwerkzeuge, Lager und Formen verwendet, um ihre Lebensdauer zu erhöhen und wirtschaftlichen Verlust zu reduzieren. Im Vergleich zu gewöhnlichen unbeschichteten Werkzeugen, die Beschichtung Werkzeug Schnittgeschwindigkeit erhöht 25% ~ 70%, Bearbeitungsgenauigkeit erhöht 0,5 ~ 1 Ebene, Werkzeugverbrauch Kosten reduziert 20% ~ 50%, Verschleißfestigkeit erhöht 2 ~ 10 mal, Lebensdauer exponentiell verlängert. Es kann gesehen werden, dass TiN-Beschichtung eine große Rolle bei der Förderung der industriellen Produktion hat.
Mikroelektronik
Die ausgezeichnete Leitfähigkeit von TiN kann in der Mikroelektronik als Elektroden für Halbleiterbauelemente, Puffer- und Sperrschichten usw. verwendet werden. In integrierten Schaltkreisen, die auf Si-Materialien basieren, ist Cu aufgrund seines geringen spezifischen Widerstands und seiner ausgezeichneten Beständigkeit gegen Elektromigration zum vorteilhaftesten Verdrahtungsmaterial für die Herstellung ultragroßer integrierter Schaltkreise geworden. Allerdings neigt Cu dazu, in Si und seine chemischen Substrate zu diffundieren, was die Leistung von Halbleiterbauelementen erheblich beeinträchtigt. Um diese Probleme zu lösen, zwischen dem Cu-Film und dem Substrat, um eine Schicht mit geringem Widerstand, gute thermische Stabilität von TiN dünne Schicht, das heißt, TiN-Sperrschicht, TiN-Sperrschicht in das Hindernis für die Diffusion von Cu in der gleichen Zeit kann wirksam zur Verbesserung der Festigkeit der Cu-Film Haftung. TiN-Sperrschicht wurde häufig in integrierten Schaltungen verwendet. Der Cw/TiN/Si-Mehrschichtfilm mit 40 nm TN-Dicke wurde zwei Stunden lang bei 575° C wärmebehandelt, und der TiN-Film hatte immer noch eine hohe Sperrwirkung.
Bereich Beschichtung
Mit der Verbesserung des modernen Lebensstandards können einfache und praktische Dekorationsmaterialien die höheren geistigen Bedürfnisse der Menschen nicht mehr erfüllen. Die goldähnliche Farbe übt eine besondere Anziehungskraft auf die Menschen aus, so dass sie viel Geld und Zeit in die Goldimitation investieren. Die bisherige Goldimitationslegierung auf Cu-Basis oder die chemische Vergoldungsmethode ist teuer, umweltbelastend und erschwert eine nachhaltige Entwicklung. TiN-Folie hat ähnliche optische Eigenschaften wie Gold, Silber und andere Edelmetalle, und TiN-Folie ist ungiftig, kostengünstig und die ideale Wahl für moderne Goldimitationsmaterialien. Die TiN-Filme wurden mit der Magnetron-Sputter-Methode hergestellt, um die Auswirkungen des Stickstoffgehalts auf die Farbe der Filme zu untersuchen, und die Ergebnisse zeigten, dass sich die Farbe der TiN-Filme mit zunehmendem N/T-Verhältnis auf unterschiedliche Weise verändert. Aufgrund der variablen und kontrollierbaren Farbe haben TiN-Filme eine breite Anwendungsperspektive in den Bereichen Dekoration und Schmuck.
Medizinischer Bereich
TiN ist in hohem Maße biokompatibel und kann in der klinischen Medizin und Bionik verwendet werden. Das innere Milieu lebender Organismen ist sehr komplex, die herkömmlichen medizinischen Metallwerkstoffe werden leicht durch das innere Milieu lebender Organismen beeinträchtigt, was zu einer Verschlechterung der Metallwerkstoffe selbst führt, und was noch schlimmer ist, die Verschlechterung der Werkstoffe ist schädlich für lebende Organismen, und die Ablagerung von TN-Keramikbeschichtungen auf der Oberfläche der medizinischen Metallwerkstoffe kann die Korrosionsbeständigkeit und Biokompatibilität der Metallwerkstoffe wirksam verbessern. TiN/Ti-Verbundwerkstoffe wurden durch Ionenplattieren hergestellt und im Tierkörper getestet. Die Ergebnisse zeigten, dass TiN/Ti-Verbundwerkstoffe eine bessere Anpassungsfähigkeit und Biokompatibilität aufweisen als reines Ti und medizinischer Edelstahl. In der Zahnmedizin werden TiN-Materialien hauptsächlich für die Oberflächenbeschichtung von Schneidwerkzeugen, Implantaten und Zahnersatz verwendet, um die Korrosion von Implantaten in der oralen Elektrolytumgebung zu verlangsamen und die Lebensdauer medizinischer Geräte zu verlängern.
Andere Bereiche
TiN-Schichten sind im sichtbaren Bereich halbtransparent und im Infrarotbereich hochreflektierend, was eine vielversprechende Anwendung im Bereich des intelligenten Glases darstellt. Der Schmelzpunkt von TiN ist höher als der der meisten Übermetallnitride, während die Dichte umgekehrt ist, was eine besondere Eigenschaft ist, die es ermöglicht, TiN in Richtung feuerfester Materialien zu verwenden. Die Fortschritte bei den modernen Materialaufbereitungstechniken haben TiN mehr Möglichkeiten für Anwendungen wie Energiespeicher, Batterien und Detektoren eröffnet. Titannitrid ist aufgrund seiner einfachen Herstellung und seiner hervorragenden Eigenschaften einer der wichtigsten und unverzichtbaren Werkstoffe für die moderne industrielle Produktion.
Wir bieten Beschichtung (Mikro- und Nanofabrikation) - Dienstleistungen zur Prozessanpassung, Sie können uns gerne eine Nachricht mit Ihrer Anfrage hinterlassen.
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