Свойства и применение нитрида титана

2024-04-24

Пленка нитрида титана (TiN) является важным твердым пленочным материалом покрытия, а также первым промышленным и широко используемым пленочным материалом покрытия. Пленка TiN имеет высокую температуру плавления, высокую твердость, высокую температурную химическую стабильность и отличную теплопроводность, электропроводность, оптические свойства, биосовместимость и т.д., и применяется в различных областях, таких как высокотемпературные, износостойкие, низкорадиационные стеклянные покрытия, медицина и т.д. Благодаря своему уникальному цвету и блеску, она часто используется в качестве золотых покрытий в ювелирной промышленности. Благодаря своему уникальному цвету и блеску, он часто используется в качестве золотого покрытия в ювелирной промышленности.Широкое применение пленки TiN выдвигает более высокие требования к качеству пленки, и подготовка пленки TiN с более высокой твердостью, более высокой износостойкостью и лучшей прочностью связи стала горячей точкой исследования твердых покрытий в стране и за рубежом.

Свойства нитрида титана

Ti и N могут образовывать различные твердые растворы и соединения, распространенными соединениями Ti-N являются Ti2N и TiN два, металлический титан (Ti) в интерстициальной фазе представляет собой плотный ряд гексагональной точечной матрицы или гранецентрированной кубической точечной матрицы, неметаллические атомы азота (N) заполняют интерстициальные позиции в кристаллах Ti. Ti2N структура, атомы металлического Ti расположены в плотных рядах гексагональной точечной матрицы, а атомы N в промежуточных позициях в ней. В структуре Ti2N атомы металла Ti расположены в плотной гексагональной точечной матрице, а атомы N находятся в промежуточных позициях; в структуре TiN атомы металла Ti расположены в гранецентрированной кубической точечной матрице, а атомы N находятся в промежуточных позициях в октаэдре, что образует типичную структуру B1-NaCl, как показано на рисунке.

Физические свойства:

Цвет: Нитрид титана имеет золотисто-желтый цвет и из-за своего цвета часто используется для декоративных покрытий.
Твердость: TiN обладает высокой твердостью, твердость по Виккерсу может достигать 2000-2500 HV, микротвердость составляет около 21GPa, с отличной износостойкостью.
Температура плавления: температура плавления нитрида титана достигает 2930°C, что делает его пригодным для использования в высокотемпературных средах.
Плотность: плотность TiN составляет 5,22 г/см³.
Теплопроводность: теплопроводность TiN составляет около 30 Вт/м-К, что обеспечивает хорошие теплопроводные свойства.
Эластичность: модуль упругости до 590 ГПа.
Тепловое расширение: Коэффициент линейного расширения составляет 9,35×10-6°C (20°C-1000°C).

Химические свойства:

Химическая стабильность: TiN обладает хорошей химической стабильностью в воздухе и окислительной среде, не легко окисляется и корродирует.
Устойчивость к коррозии: нитрид титана обладает хорошей устойчивостью ко многим химическим веществам (например, кислотам и щелочам).

Электрические свойства:

Проводимость: TiN обладает металлической проводимостью с удельным сопротивлением около 20 мкОм-см.
Электронная структура: TiN имеет смесь металлических и ковалентных связей, а электронная структура обеспечивает ему отличную электро- и теплопроводность.

Области применения нитрида титана

Область нанесения покрытия

Покрытия TiN являются одним из самых ранних исследованных и занимающих наибольшую долю рынка нитридных покрытий. Оно широко используется в качестве слоя покрытия для различных режущих инструментов, подшипников и пресс-форм для увеличения срока их службы и снижения экономических потерь. По сравнению с обычными инструментами без покрытия, скорость резания инструмента с покрытием увеличивается на 25%~70%, точность обработки увеличивается на 0,5~1 уровень, стоимость потребления инструмента снижается на 20%~50%, износостойкость увеличивается в 2~10 раз, срок службы увеличивается в геометрической прогрессии. Как видно, покрытие TiN играет большую роль в развитии промышленного производства.

Микроэлектроника

Превосходная проводимость TiN в области микроэлектроники может использоваться в качестве электродов полупроводниковых приборов, буферных и барьерных слоев и т.д. В интегральных схемах на основе Si Cu стал наиболее подходящим материалом для изготовления сверхбольших интегральных схем благодаря низкому удельному сопротивлению и отличной устойчивости к электромиграции. Однако Cu имеет тенденцию к диффузии в Si и его химических подложках, что серьезно влияет на производительность полупроводниковых устройств. Чтобы решить эти проблемы, между пленкой Cu и подложкой добавляют слой с низким удельным сопротивлением, хорошей термической стабильностью тонкого слоя TiN, то есть барьерный слой TiN. Барьерный слой TiN препятствует диффузии Cu и в то же время может эффективно повысить прочность адгезии пленки Cu. Барьерный слой TiN широко используется в интегральных схемах. Осажденная многослойная пленка Cw/TiN/Si толщиной 40 нм TN подвергалась термообработке при температуре 575° C в течение двух часов, и пленка TiN по-прежнему обладала высоким блокирующим эффектом.

Область нанесения покрытия

С повышением современного уровня жизни простые и практичные декоративные материалы уже не могут удовлетворить высокие духовные потребности людей. Золотистый цвет обладает особой притягательностью для людей, что заставляет их вкладывать много денег и времени в область имитации золота. Прежний метод имитации золота на основе сплава Cu или химического золотого покрытия отличается высокой стоимостью, загрязнением окружающей среды, затрудняет устойчивое развитие. Пленка TiN имеет схожие оптические свойства с золотом, серебром и другими драгоценными металлами, а пленка TiN нетоксична, недорога и является идеальным выбором для современных материалов для имитации золота. Пленки TiN были получены методом магнетронного распыления для изучения влияния содержания азота на цвет пленок, и результаты показали, что с увеличением соотношения N/T цвет пленок TiN изменяется по-разному. Благодаря переменному и контролируемому цвету пленки TiN имеют широкие перспективы применения в области декора и ювелирных изделий.

Медицинская сфера

TiN обладает высокой биосовместимостью и может использоваться в клинической медицине и бионике. Внутренняя среда живых организмов очень сложна, традиционные медицинские металлические материалы легко подвергаются воздействию внутренней среды живых организмов, что приводит к деградации самих металлических материалов, и, что более серьезно, ухудшение качества материалов будет вредно для живых организмов, а нанесение керамических покрытий TN на поверхность медицинских металлических материалов может эффективно улучшить коррозионную стойкость и биосовместимость металлических материалов. Композиты TiN/Ti были приготовлены методом ионного напыления и протестированы в организме животных, и результаты показали, что композиты TiN/Ti обладают более высокой адаптивностью и биосовместимостью, чем чистый Ti и медицинская нержавеющая сталь. В стоматологии материалы TiN в основном используются для покрытия поверхности режущих инструментов, имплантатов и зубных протезов, чтобы замедлить коррозию имплантатов в среде электролитов полости рта и увеличить срок службы медицинских устройств.

Другие области

Пленки TiN полупрозрачны в видимой области и обладают высокой отражательной способностью в инфракрасной области, что является перспективным применением в области "умного стекла". Температура плавления TiN выше, чем у большинства нитридов сверхметаллов, а плотность - наоборот, что является особым свойством, позволяющим использовать TiN в направлении тугоплавких материалов. Достижения в области современных технологий подготовки материалов открыли TiN новые возможности для применения в таких областях, как хранение энергии, аккумуляторы и детекторы. Нитрид титана - один из самых важных и незаменимых материалов для современного промышленного производства благодаря простоте получения и отличным свойствам.

Мы предлагаем Услуги по индивидуализации процессов нанесения покрытий (микро- и нанофабрикации), Не стесняйтесь оставлять комментарии.