Нітрид титану

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Перевірена версія цієї сторінки, затверджена 26 травня 2020, заснована на цій версії.
Нітрид титану
Назва за IUPAC Титан нітрид
Систематична назва мононітрид титану
Ідентифікатори
Номер CAS 25583-20-4
Номер EINECS 247-117-5
SMILES N#[Ti][1]
InChI InChI=1S/N.Ti
Властивості
Молекулярна формула TiN
Молярна маса 61,874 г/моль
Зовнішній вигляд жовто-коричневий порошок
Густина 5,44 г/см³
Тпл 2930 °C
Структура
Кристалічна структура кубічна решітка типу NaCl
Координаційна
геометрія 		восьмигранна
Геометрія α = 0,422-0,424 нм
Якщо не зазначено інше, дані наведено для речовин у стандартному стані (за 25 °C, 100 кПа)
Інструкція з використання шаблону
Примітки картки

Нітри́д тита́ну (англ. Titanium nitride) — бінарна хімічна сполука Титану з Нітрогеном із формулою TiN.

Являє собою фазу впровадження з широкою областю гомогенності, яка становить від 14,8 до 22,6 % Нітрогену (за масою), що можна означити брутто-формулами від Ti10N6 до TiN відповідно[2].

Фізичні властивості

Нітрид титану є порошком жовто-коричневого кольору, а у компактному стані набуває золотистого забарвлення.

Має кубічну гранецентровану ґратку типу NaCl, просторова група Fm3m, з періодом а = 0,4235 нм.

Отримання

Нітрид титану можна отримати одним з таких способів[2][6].

Безпосереднім насиченням титану азотом

Процес азотування проводять зазвичай за температури понад 1100 °C у середовищі азоту або дисоційованого аміаку. Для цього використовують титан у вигляді порошку або стружки. Чистий порошок титану може бути замінений гідридом титану;

Взаємодією тетрахлориду титану[en] із сумішшю азоту з воднем

В основі цього способу лежить реакція:

2TiCl4 + 2NH3 -> 2TiN + 6HCl + Cl2,

яку проводять за температури понад 1000 °C. Також нітрид титану, що утворився можна осадити на вольфрамову нитку нагріту до температури 1400…2000 °C;

Розкладанням амінохлоридів титану
TiCl4∙4NH3 -> TiN + HCl + NH3

Амінохлорид титану розкладається з утворенням проміжного продукту TiNCl, нагрівання якого до температури 1000 °C приводить до утворення вільного від хлору нітриду титану;

Відновленням оксиду титану вуглецем у середовищі азоту

В основі процесу лежить реакція:

2TiO2 + 4C + N2 -> 2TiN + 4CO

Із збільшенням температури процесу відновлення з 1000 °C до 1700 °C вихід нітриду титану зростає, але при цьому в продуктах реакції спостерігається поява карбіду титану. Цей спосіб добре придатний під час отримання технічно чистого нітриду титану у великих кількостях, що використовується для виготовлення вогнетривів;

Синтезом у плазмі

Як вихідний продукт для отримання нітриду титану може бути використаний TiCl4[en] або порошок титану, який подають у струмінь плазми генерованої НВЧ-плазмотроном. Плазмотвірним газом є азот. Порошки отримані цим способом можуть мати розміри від 10 до 100 нм[7];

Самопоширюваним високотемпературним синтезом[en]

Суть способу полягає у хімічній реакції титану з азотом, яка відбувається з виділенням тепла. Процес ведуть у герметичному реакторі, у якому процес самовільного горіння ініціюють нагріванням контейнера заповненого азотом і порошком титану[8].

Хімічні властивості

Нітрид титану є стійким до окиснення на повітрі до температур 700…800 °C, за цих же температур згоряє у струмені кисню:

2TiN + 2O2 -> 2TiO2 + N2.

При нагріванні до 1200 °C у середовищі водню або в суміші азоту і водню нітрид титану є інертним.

Нітрид титану стехіометричного складу проявляє стійкість до CO, але повільно реагує з CO2 по реакції:

2TiN + 4CO2 -> 2TiO2 + 4CO + N2.

Реагує на холоді з фтором:

2TiN + 4F2 -> 2TiF4 + N2.

Хлор не взаємодіє з нітридом титану до 270 °C, але реагує з ним при температурах понад 300…400 °C:

2TiN + 4Cl2 -> 2TiCl4 + N2.

При температурі 1300 °C хлороводень взаємодіє з TiN із утворенням газоподібних хлоридів титану і азоту з воднем.

Взаємодіє з диціаном[ru] з утворенням карбонітриду титану[6]:

10TiN + (CN)2 -> 2Ti5N4C + 2N2.

При кімнатній температурі, стосовно до сірчаної, соляної, фосфорної, перхлоратної кислот, а також до сумішей перхлоратної і соляної, щавлевої і сірчаної кислот, нітрид титану є стійкою сполукою. Киплячі кислоти (соляна, сірчана і перхлоратна) слабо взаємодіють з TiN. На холоді є малостійким проти розчинів гідроксиду натрію. Взаємодіє з азотною кислотою, а у присутності сильних окиснювачів розчиняється плавиковою кислотою.

Нітрид титану є стійким до дії розплавів олова, бісмуту, свинцю, кадмію і цинку. При високій температурі руйнується оксидами заліза (Fe2O3), мангану (MnO), кремнію (SiO2) і склом[2]. За високих температур взаємодіє з вуглецем з утворенням твердих розчинів — карбонітридів титану[9].

Застосування

Свердло із покриттям з TiN
Деталі з покриттям з нітриду титану, отриманим вакуумним напиленням з електродуговим нагріванням

Застосовується як жароміцний матеріал, зокрема з нього роблять тиглі для плавлення металів у безкисневій атмосфері.

У металургії ця сполука зустрічається у вигляді відносно великих (одиниці і десятки мікрон) неметалевих включень у сталях, легованих титаном. Такі включення мають на шліфах, як правило, форму квадратів і прямокутників, їх легко ідентифікувати методом металографічного аналізу. Такі великі частинки нітриду титану, які утворюються з розплаву, призводять до погіршення якості литого металу.

Нітрид титану використовується для створення зносостійких покриттів металорізального інструменту, також для зубних протезів жовтого «під золото» кольору.

Використовується в мікроелектроніці як дифузійний бар'єр[en] спільно з мідною металізацією тощо.

Також нітрид титану застосовується у ролі зносостійкого декоративного покриття. Вироби, покриті ним, по зовнішньому вигляду схожі на золото і можуть мати різні відтінки, залежно від співвідношення металу і азоту у сполуці.

Нанесення покриття з нітриду титану проводиться у спеціальних камерах термодифузійним методом. При високій температурі титан і азот реагують з металом поверхневого шару виробу, що покривається і дифундують у саму структуру металу.

Див. також

Примітки

  1. ↑ Titanium nitride
  2. ↑ а б в Самсонов Г. В. Нитриды. — Наукова думка, 1969. — С. 133—158. — 380 с.
  3. ↑ Самсонов Г. В., Виницкий И. М. Тугоплавкие соединения (справочник). — Металлургия, 1976. — 560 с.
  4. ↑ Hugh O. Pierson (1996). Handbook of refractory carbides and nitrides: properties, characteristics, processing, and applications. William Andrew. с. 193. ISBN 978-0-8155-1392-6.
  5. ↑ Stone, D. S.; K. B. Yoder; W. D. Sproul (1991). Hardness and elastic modulus of TiN based on continuous indentation technique and new correlation. Journal of Vacuum Science and Technology A. 9 (4): 2543—2547. doi:10.1116/1.577270.
  6. ↑ а б Лучинский Г. П. Химия титана. — Химия, 1971.
  7. ↑ Краснокутский Ю. И., Верещак В. Г. Получение тугоплавких соединений в плазме. — Вища школа, 1987. — С. 134—139. — 200 с.
  8. ↑ Степанчук А. Н., Билык И. И., Бойко П. А. Технология порошковой металлургии. — Вища школа, 1985. — С. 169—170. — 415 с.
  9. ↑ Титана нитрид // Химическая энциклопедия

Джерела

  • Проценко І. Ю., Шумакова Н. І. Технологія одержання і застосування плівкових матеріалів. Навчальний посібник. — Суми : Вид-во СумДУ, 2008. — 198 с. — ISBN 978-966-657-162-8.
  • Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник: Справ. Изд / Под ред. А. А. Потехина и А. И. Ефимова. — 3-е изд., перераб. и доп. — Л. : Химия, 1991. — 432 с. — ISBN 5-7245-0703-X.
Отримано з https://uk.wikipedia.org/w/index.php?title=Нітрид_титану&oldid=28353291