Свойства и применение нитрида титана
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.
Научное руководство: Введение, принципы и сценарии применения тонкопленочных окон из нитрида кремния
Научное руководство: Введение, свойства и сценарии применения тонкопленочных окон из нитрида кремния Нитрид
Поликремниевая пленка丨 Различные факторы, влияющие на поверхностные свойства поликремниевой пленки
Поликремниевая пленка丨 Различные факторы, влияющие на свойства поверхности выращивания поликремниевой пленки
Получение тонких пленок нитрида титана (TIN) методом ALD
Получение тонких пленок нитрида титана (TiN) методом ALD через атомно-слоевое осаждение