Ζου Τζιανσίν
1. Εισαγωγή στο νιτρίδιο του τιτανίου
Το TiN έχει μια τυπική δομή τύπου NaCI, που ανήκει σε ένα επικεντρωμένο κυβικό πλέγμα, με σταθερά πλέγματος 0,4241 nm, όπου τα άτομα τιτανίου βρίσκονται στη γωνιακή κορυφή του κυβικού στο κέντρο της όψης. Το TiN είναι μια μη στοιχειομετρική ένωση με σταθερό εύρος σύνθεσης TiN0.37-TiN1.16. Η περιεκτικότητα σε άζωτο μπορεί να ποικίλλει μέσα σε ένα συγκεκριμένο εύρος χωρίς να προκαλεί αλλαγές στη δομή του TiN. Η σκόνη TiN είναι γενικά κίτρινο καφέ, η εξαιρετικά λεπτή σκόνη TiN είναι μαύρη και οι κρύσταλλοι TiN είναι χρυσοκίτρινοι. Το σημείο τήξης του TiN είναι 2950 ℃, η πυκνότητα είναι 5,43-5,44 g/cm3, η σκληρότητα Mohs είναι 8-9 και η αντίσταση σε θερμικό σοκ είναι καλή. Το TiN έχει υψηλότερο σημείο τήξης από τα περισσότερα νιτρίδια μετάλλων μεταπτώσεως, αλλά χαμηλότερη πυκνότητα από τα περισσότερα νιτρίδια μετάλλων, καθιστώντας το ένα ξεχωριστό υλικό ανθεκτικό στη θερμότητα. Η κρυσταλλική δομή του TiN είναι παρόμοια με αυτή του TiC, με τη διαφορά ότι τα άτομα C αντικαθίστανται με άτομα Ν. Ο TiN είναι μια σχετικά σταθερή ένωση που δεν αντιδρά με μέταλλα όπως ο σίδηρος, το χρώμιο, το ασβέστιο και το μαγνήσιο σε υψηλές θερμοκρασίες. Τα χωνευτήρια TiN επίσης δεν αντιδρούν με όξινη ή αλκαλική σκωρία σε ατμόσφαιρες CO και N2. Επομένως, τα χωνευτήρια TiN είναι εξαιρετικά δοχεία για τη μελέτη της αλληλεπίδρασης μεταξύ τηγμένου χάλυβα και ορισμένων στοιχείων. Όταν το TiN θερμαίνεται στο κενό, χάνει άζωτο και παράγει νιτρίδιο τιτανίου με χαμηλότερη περιεκτικότητα σε άζωτο. Το TiN είναι ένα ελκυστικό δομικό υλικό με χρυσοκίτρινο χρώμα, υψηλό σημείο τήξης, υψηλή σκληρότητα, καλή χημική σταθερότητα, μικρή διαβροχή με μέταλλο και υψηλή αγωγιμότητα και υπεραγωγιμότητα, το οποίο μπορεί να εφαρμοστεί σε δομικά υλικά υψηλής θερμοκρασίας και υπεραγώγιμα υλικά.
Μέθοδος παρασκευής σκόνης νιτριδίου τιτανίου
2.2.1 Μέθοδος άμεσης νιτρίωσης σκόνης τιτανίου ή TiH2
Η μέθοδος άμεσης νιτρίδωσης είναι μία από τις παραδοσιακές μεθόδους παρασκευής του TiN, η οποία χρησιμοποιεί σκόνη Ti ή σκόνη υδριδίου του τιτανίου ως πρώτη ύλη, αντιδρά με N2 ή NH3 για να δημιουργήσει σκόνη TiN και η θερμοκρασία σύνθεσης είναι 1000-1400 ℃. Το Luoxishan συνέθεσε TiN με άμεση αντίδραση σκόνης TiH2 σε αέριο άζωτο. Τα πλεονεκτήματα αυτής της μεθόδου είναι ότι δεν υπάρχει ανάγκη για επεξεργασία υδρογόνωσης κατά τη διάρκεια της διαδικασίας αντίδρασης, μειώνοντας τον καθαρισμό του υδρογόνου και παράγοντας σκόνη TiN με ομοιόμορφο μέγεθος και σύνθεση σωματιδίων, καθώς και χαμηλή περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες. Οι Zhao Yang et al. θρυμματίστηκε το σπόγγο τιτάνιο σε ένα ορισμένο μέγεθος και, στη συνέχεια, το νιτρώθηκε με άζωτο υπό συγκεκριμένη πίεση και θερμοκρασία για να ληφθεί το απαιτούμενο μέγεθος σωματιδίων νιτριδίου τιτανίου μετά τη σύνθλιψη. Το A. S. Bolokang χρησιμοποιεί διάμετρο 45 μ M καθαρής σκόνης τιτανίου αλέθεται με μπάλα με ταχύτητα 250 rpm σε ατμόσφαιρα φορτισμένου αργού για 12, 16 και 20 ώρες. Η κρυσταλλική δομή και η μικροσκοπική ανάλυση των μικρών δειγμάτων έδειξαν ότι η αρχική σφαιρική σκόνη τιτανίου μετατράπηκε σε επίπεδα λεπτά φύλλα μετά την άλεση με σφαιρίδια. Αν και η άλεση με σφαιρίδια σε διαφορετικούς χρόνους δεν άλλαξε την κρυσταλλική δομή του προϊόντος, η παράταση του χρόνου αντίδρασης μπορεί να αυξήσει την απορρόφηση και τη μετατροπή του αζώτου από τη σκόνη Ti σε χαμηλότερες θερμοκρασίες. Όσο μεγαλύτερος είναι ο χρόνος αντίδρασης, τόσο υψηλότερος είναι ο ρυθμός μετατροπής. Ωστόσο, όταν συντίθεται TiN από σκόνη Ti, η θερμοκρασία του υλικού συχνά αυξάνεται πολύ ψηλά, με αποτέλεσμα τη σύντηξη ή την τήξη του παραγόμενου TiN, καθιστώντας δύσκολη την παρασκευή σκόνης TiN με μικρότερο μέγεθος σωματιδίων. Επιπλέον, οι Liping Zhu et al. παρασκευάστηκε σκόνη TiN χρησιμοποιώντας NH4Cl ως πρώτη ύλη σε μείγμα αερίου N2 και H2 στους 500-800 ℃. Η ανάλυση διαπίστωσε ότι τα παραγόμενα σωματίδια TiN έχουν μέγεθος σωματιδίων μεταξύ 20-33 nm και επιφάνεια 30-60 m2/g. Η αύξηση της θερμοκρασίας δεν ευνοεί τη σύνθεση σκόνης TiN με μικρά μεγέθη σωματιδίων.
2.2.2 Μέθοδος in situ νιτρίωσης
Η μέθοδος in situ νιτρίδωσης, γνωστή και ως μέθοδος νιτρίδωσης αμμωνίας, είναι μια μέθοδος απευθείας εναζώτου νανο TiO2 σε TiN υπό ατμόσφαιρα αμμωνίας. Οι Li Jingguo et al. χρησιμοποίησε νανο TiO2 ως πρώτη ύλη και χρησιμοποίησε τη μέθοδο νιτρίωσης με αέριο αμμωνίας για να τοποθετήσει τη σκόνη nano TiO2 σε ένα σκάφος χαλαζία σε έναν κλίβανο σωληνοειδούς ατμόσφαιρας. Ως αναγωγικός παράγοντας χρησιμοποιήθηκε αέριο αμμωνία και νιτρώθηκε σε διαφορετικές θερμοκρασίες για 2-5 ώρες. Μετά από ψύξη σε θερμοκρασία δωματίου, ελήφθη το ελάχιστο μέγεθος σωματιδίων περίπου 2
Σκόνη TiN στα 20 nm. Η αντίδραση απαιτεί χαμηλή θερμοκρασία και μπορεί να αρχίσει να μετατρέπεται σε TiN στους 700 ℃. Μετά από νιτροποίηση στους 800 ℃ για 5 ώρες, το nano TiO2 μπορεί να μετατραπεί πλήρως σε TiN. Οι Zhang Bing et al. χρησιμοποίησε τη σκόνη nano TiO2 που συντέθηκε με τη μέθοδο sol-gel ως πρώτη ύλη και πραγματοποίησε επιτόπια νιτρίωση σε αμμωνία για να συνθέσει τη νανοσκόνη TiN με μέγεθος σωματιδίων περίπου 40 nm και 80 nm. Οι συνθήκες αντίδρασης όπως η θερμοκρασία και ο χρόνος σύνθεσης συγκρίθηκαν και αναλύθηκαν. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο ρυθμός νιτρίδωσης της σκόνης TiN που παρασκευάστηκε με τη μέθοδο in-situ νιτρίδωσης αυξήθηκε με την αύξηση της θερμοκρασίας και του χρόνου αντίδρασης.
2.2.3 Μέθοδος θερμικής αναγωγής αλουμινίου
Ο Jiang Tao και η ομάδα του ζύγισαν τη σκόνη Al και τη σκόνη TiO2 σε αναλογία 4:3 και τα άλεσαν ομοιόμορφα πριν τα φορτώσουν σε σωλήνες από ανοξείδωτο χάλυβα ενός κλιβάνου σωληνοειδούς αντίστασης. Το μίγμα αερίου Ar-N2 πληρώθηκε και ο σωληνωτός κλίβανος θερμάνθηκε στην απαιτούμενη θερμοκρασία για να παραχθεί σκόνη τιτανίου. Στη συνέχεια, η παρασκευασμένη σκόνη τιτανίου κατανεμήθηκε ομοιόμορφα στο σκάφος από πορσελάνη και τοποθετήθηκε στον κλίβανο σωληνοειδούς αντίστασης. Ο σωληνωτός κλίβανος εκκενώθηκε και πληρώθηκε με αποσυμπιεσμένο NH3. Μετά από θέρμανση στη θερμοκρασία αντίδρασης, παρασκευάστηκε σκόνη TiN. Οι Gan Mingliang et al. συντέθηκε νιτρίδιο τιτανίου με αλουμινοθερμική αναγωγή και νιτρίδωση του TiO2 σε πλανητικό μύλο με σφαιρίδια με σκόνη αλουμινίου και διοξείδιο του τιτανίου ως πρώτες ύλες και άνυδρη αιθανόλη ως μέσο υπό ρέουσα ατμόσφαιρα αζώτου και χαμηλές συνθήκες ταφής άνθρακα. Ωστόσο, επειδή το αλουμίνιο συμμετέχει στην αλουμινοθερμική αντίδραση αναγωγής υπό συνθήκες ταφής άνθρακα, αντιδρά επίσης με το οξυγόνο στην κλίνη σκόνης άνθρακα, έτσι ώστε το αλουμίνιο που εμπλέκεται στην αλουμινοθερμική αντίδραση να είναι ανεπαρκές, με αποτέλεσμα την παρουσία ρουτιλίου στο προϊόν. Η σκόνη νιτριδίου του τιτανίου που παρασκευάζεται με αναγωγή του ρουτιλίου με αλουμινοθερμική μέθοδο αναγωγής περιέχει οξείδιο του αργιλίου, ένα υποπροϊόν.
2.2.4 Μέθοδος θερμικής αναγωγής μαγνησίου
Η παρασκευή του TiN με θερμική αναγωγή του TiO2 με μαγνήσιο περιλαμβάνει δύο στάδια, δηλαδή την αναγωγή και τη νιτρίωση του μεταλλικού τιτανίου. Ο Lin Li συνέθεσε σκόνη TiN με χαμηλή περιεκτικότητα σε οξυγόνο χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της συνδυασμένης αναγωγής Mg+C υπό συγκεκριμένη πίεση και θερμοκρασία αζώτου. Οι Jianhua Ma et al. χρησιμοποιημένη μεταλλική σκόνη Mg, 3
Το μέσο μέγεθος σωματιδίων των σωματιδίων νανο TiN που παρασκευάζονται από διοξείδιο του τιτανίου και χλωριούχο αμμώνιο υπό υψηλή πίεση στους 650 ℃ είναι 30 nm και έχουν καλή θερμική σταθερότητα και αντίσταση στην οξείδωση στον αέρα στους 350 ℃. Στο σύστημα Ti Mg O, όταν η αντίδραση φτάσει σε ισορροπία, η περιεκτικότητα σε οξυγόνο στο σύστημα είναι 1,5%~2,8%, που σημαίνει ότι η περιεκτικότητα σε οξυγόνο του Ti που παρασκευάζεται με θερμική αναγωγή του TiO2 με μαγνήσιο πρέπει να είναι μεγαλύτερη από 2,8%. Ωστόσο, η υψηλή τιμή του τιτανίου υψηλής καθαρότητας καθιστά πολύ υψηλό το κόστος παραγωγής μεγάλης κλίμακας, επομένως είναι απαραίτητο να βρεθούν νέες μέθοδοι μείωσης.
2.2.5 Μέθοδος νιτρίδωσης με μείωση του άνθρακα TiO2
Η μέθοδος νιτρίδωσης με θερμική αναγωγή άνθρακα για την παρασκευή νιτριδίου του τιτανίου είναι η πιο βολική και αποτελεσματική μέθοδος μεταξύ των μεθόδων παρασκευής και απαιτεί ένα ευρύ φάσμα πρώτων υλών με χαμηλές τιμές, το οποίο είναι εύκολο να προωθηθεί στη βιομηχανική παραγωγή, έχοντας έτσι μεγάλη ερευνητική αξία.
Ως εκ τούτου, πολλοί μελετητές έχουν μελετήσει τις επιπτώσεις των αλλαγών στις συνθήκες αντίδρασης στην ποιότητα και το ρυθμό σύνθεσης της συντιθέμενης σκόνης TiN στο εργαστήριο. Ο Wu Yiquan συνέθεσε TiN από TiO2 ως πρώτη ύλη αντιδρώντας με N2 στους 1380-1800 ℃ για περίπου 15 ώρες παρουσία γραφίτη ή TiC. Η έρευνα των Wu Feng et al. στην καρβοθερμική αναγωγή, η σύνθεση νιτρίδωσης του TiN δείχνει ότι η απόδοση μετατροπής της ανατάσης είναι υψηλότερη από αυτή του ρουτιλίου και η απόδοση σύνθεσης της αιθάλης είναι υψηλότερη από αυτή του νιφάδας γραφίτη. Οι Yu Renhong et al. χρησιμοποίησε ανατάση, ρουτίλιο, αναλυτικό καθαρό ενεργό άνθρακα και αιθάλη ως πρώτες ύλες για την παρασκευή σκόνης νιτριδίου του τιτανίου σε έναν πλήρη ισοθερμικό θερμοβαρυμετρικό κλίβανο αζώτου υπό άζωτο υψηλής καθαρότητας. Η πίεση σχηματισμού και η μέθοδος ανάμιξης δεν έχουν σχεδόν καμία επίδραση στη σύνθεση του TiN, ενώ η περιεκτικότητα σε άνθρακα έχει σημαντικό αντίκτυπο στην αντίδραση. Όταν η περιεκτικότητα σε άνθρακα είναι ανεπαρκής, η περιεκτικότητα σε οξυγόνο στο προϊόν είναι υψηλότερη και όταν η περιεκτικότητα σε άνθρακα είναι μεγάλη, η δευτερογενής απανθράκωση είναι πιο δύσκολη. Η βέλτιστη αναλογία άνθρακα τιτανίου είναι 1:
2.1.
2.2.6 Αυτοδιαδιδόμενη μέθοδος σύνθεσης σε υψηλή θερμοκρασία
Η αρχή είναι να αναφλεγεί η συμπιεσμένη σκόνη τιτανίου σε Ν2 σε μια ορισμένη πίεση και μετά την αντίδραση, μπορεί να παρασκευαστεί σκόνη TiN. Το χαρακτηριστικό αυτής της μεθόδου σύνθεσης είναι να χρησιμοποιεί τη θερμότητα που απελευθερώνεται από την ίδια την αντίδραση για να διατηρήσει την απαιτούμενη ενέργεια για την αντίδραση, εξοικονομώντας έτσι ενέργεια. Όσον αφορά τη σύνθεση καύσης μεταξύ Ti και N2, η οποία είναι αέριο-στερεά φάση, μπορεί να πραγματοποιηθεί σε χαμηλότερη πίεση αζώτου (0,1-1MPa). Οι Wang Weimin et al. συνέθεσε σκόνη νιτριδίου τιτανίου χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο και μελέτησε τις επιδράσεις παραγόντων διεργασίας όπως η μερική πίεση N2, οι παράμετροι συμπίεσης του δείγματος και τα αραιωτικά κατά την παρασκευή του TiN. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η προσθήκη αραιωτικών και η αύξηση της μερικής πίεσης αζώτου είναι ευεργετικές για τη σύνθεση TiN υψηλής καθαρότητας. Η παρασκευή του TiN με τη χρήση αυτής της μεθόδου έχει μελετηθεί ευρέως και διατίθεται στο εμπόριο σε πολλές χώρες όπως η Ρωσία.
1.2.7 Υδρόλυση αμμωνίας
Η αμμωνιόλυση είναι μια μέθοδος παραγωγής των απαιτούμενων προϊόντων μέσω χημικών αντιδράσεων σε ένα σύστημα αμμωνίας χρησιμοποιώντας υγρή αμμωνία ως διαλύτη.
Στο σύστημα υγρής αμμωνίας, η υγρή αμμωνία μπορεί να υποστεί αυτο-ιονισμό και να επιτύχει δυναμική ισορροπία, παράγοντας δύο αντίθετα φορτισμένα ιόντα NH4+ και NH2-2 διασκορπισμένα στον διαλύτη. Οι ομοιοπολικές ενώσεις μπορούν να διαλυθούν σε αυτό το σύστημα και να διαχωριστούν σε θετικές και αρνητικές ηλεκτρικές ιδιότητες στον ομοιοπολικό δεσμό. Τέλος, στο σύστημα υγρής αμμωνίας, ιόντα με διαφορετικές ηλεκτρικές ιδιότητες ανασυνδυάζονται για να σχηματίσουν νέες ενώσεις. Η παρασκευή της σκόνης TiN με τη χρήση αυτής της μεθόδου περιλαμβάνει δύο διαδικασίες: δημιουργία προδρόμου και αμμωνόλυση. Ο He Jing et al. χρησιμοποίησε οξαλικό οξύ C2H2O4 • 2H2O (αναλυτικά καθαρό) και TiCl4 (αναλυτικά καθαρό) ως πρώτες ύλες για τη λήψη πρόδρομων κρυστάλλων H2 [TiO2 (C2O4) 2]. Στη συνέχεια, ο πρόδρομος του Η2 [TiO2 (C2O4) 2] αμμωνιώθηκε στους 1050 ℃ για 2 ώρες για να ληφθούν σωματίδια TiN με μέγεθος περίπου 70 nm και σχετικά ομοιόμορφο μέγεθος σωματιδίων.
The reaction temperature required for liquid-phase chemical reactions is relatively low, but the high cost of raw materials and the use of organic solvents limit industrial production. NH3 pollutes the environment and has a significant irritating effect on the human body, requiring exhaust gas treatment, increasing equipment costs and process complexity
Το επίπεδο πολυπλοκότητας και τα παραγόμενα προϊόντα TiN είναι επιρρεπή σε συσσωμάτωση, η οποία επηρεάζει την ποιότητα του TiN.
2.2.8 Μέθοδος καρβοθερμικής αναγωγής μικροκυμάτων
Οι Liu Yang et al. χρησιμοποίησε σκόνη nano TiO2 και μαύρο άνθρακα ως πρώτες ύλες για τη σύνθεση νανοσκόνης νιτριδίου τιτανίου με θέρμανση σε φούρνο μικροκυμάτων. Και διερευνήθηκαν οι επιπτώσεις της θερμοκρασίας σύνθεσης μικροκυμάτων και του χρόνου διατήρησης στον ρυθμό παραγωγής. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η μέθοδος θέρμανσης με μικροκύματα μπορεί να συνθέσει σκόνη νιτριδίου του τιτανίου νανοκλίμακας σε χαμηλότερες θερμοκρασίες (1200 ℃). Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο μικροκυματικής καρβοθερμικής αναγωγής, οι Liu Binghai et al. θερμαίνεται στους 1200 ℃ για 1 ώρα για να ληφθεί μέγεθος σωματιδίων 1-2 μ Ομοιόμορφη και υψηλής καθαρότητας σκόνη νιτριδίου τιτανίου μεταξύ m. Σε αντίθεση με την ευρέως χρησιμοποιούμενη μέθοδο θερμικής αναγωγής άνθρακα, αυτή η μέθοδος μειώνει τη θερμοκρασία σύνθεσης του TiN κατά 100-200 ℃ και συντομεύει τον κύκλο σύνθεσης στο 1/15 της συμβατικής μεθόδου. Όταν οι Zeng Lingke et al. μελέτησαν την μικροκυματική καρβοθερμική σύνθεση των ενώσεων καρβονιτριδίου, χρησιμοποίησαν αυτο-παρασκευασμένη σκόνη νανοανατάσης TiO2 και αγόρασαν στην αγορά νανομαύρο άνθρακα ως πηγές άνθρακα, συντέθηκαν με θέρμανση μικροκυμάτων και εισήγαγαν άζωτο σε θερμοκρασία σύνθεσης 1000~2000 ℃ για την παρασκευή νιτρίου . Ο ρυθμός σύνθεσης έφτασε το 100%, η κατανομή μεγέθους σωματιδίων ήταν 20~85 nm, το μέγεθος σωματιδίων ήταν μικρό και ο ρυθμός σύνθεσης ήταν υψηλός. Ramesh et al. παρασκευάστηκε σκόνη TiN χρησιμοποιώντας τεχνολογία μικροκυμάτων για θερμική μείωση άνθρακα του TiO2. Αυτή η μέθοδος συνδυάζεται με τη σύνθεση καύσης, χρησιμοποιώντας αντιδράσεις που προκαλούνται από μικροκύματα για να σχηματιστούν λιγότερα ενδιάμεσα προϊόντα και να μειωθεί ο χρόνος σύνθεσης σε όλη τη διαδικασία της αντίδρασης.
Επιπλέον, υπάρχουν μέθοδοι μηχανικής λείανσης, μέθοδος κολλοειδούς γέλης, μέθοδος πλάσματος, μέθοδος λιωμένου άλατος, μέθοδος διαλυθερμικής κ.λπ.
Εφαρμογή 3 TiN
Η εφαρμογή του νιτριδίου του τιτανίου λειτουργεί κυρίως σε δύο όψεις: πρώτον, προστίθεται ως πρόσθετο ή συνδετικό υλικό στα κεραμίδια για τη βελτίωση της αντοχής, της σκληρότητας και της σκληρότητας του σώματος. 2, Εφαρμόστε ανθεκτικά στη φθορά και ανθεκτικά στη διάβρωση επιχρίσματα στην επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας.
3.1 Εφαρμογή σκόνης νιτριδίου τιτανίου
Εγχώριοι και ξένοι ερευνητές σκληρών κραμάτων έχουν βελτιστοποιήσει την απόδοση του WC προσθέτοντας TiN σε αυτό και έχουν δείξει την απόδοση του TiN. Τα παρασκευασμένα προϊόντα από κράμα είναι τόσο ανθεκτικά στη φθορά όσο και όλκιμα. Το κοβάλτιο παίζει σημαντικό ρόλο στην εθνική αμυντική και διαστημική βιομηχανία. Είναι κατανοητό ότι το ένα δέκατο του παγκόσμιου κοβαλτίου χρησιμοποιείται ως συγκολλητικό υλικό για εξαρτήματα WC, το οποίο μπορεί να ενισχύσει την αντοχή στη φθορά και τη διάβρωση των παρασκευασμένων υλικών. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται ευρέως για την κατασκευή εργαλείων κοπής. Το TiN έχει πολλά πλεονεκτήματα παρόμοια με του WC, όπως υψηλή σκληρότητα, σημείο τήξης και καλή αντοχή στη φθορά, επομένως μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ως εργαλείο κοπής. Όταν χρησιμοποιείται TiN ως εξάρτημα, το συγκολλητικό υλικό μπορεί να αντικατασταθεί από νικέλιο, μειώνοντας την κατανάλωση κοβαλτίου και μειώνοντας σημαντικά το κόστος παραγωγής. Αυτές οι ιδιότητες μπορεί να κάνουν το TiN-Ni εξαιρετικό υποκατάστατο της WC Co. Η σκόνη TiN μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως λειαντικό για τη στίλβωση οργάνων ακριβείας. Κατά την επεξεργασία του χάλυβα, η προσθήκη σκόνης TiN και Ti (C, N) μπορεί να αυξήσει την απόδοση λείανσης του χάλυβα, η οποία μπορεί ακόμη και να ξεπεράσει το Al2O3 και το SiC και να βελτιώσει την επιφανειακή ακρίβεια του παραγόμενου χάλυβα.
3.2 Εφαρμογή λεπτής μεμβράνης νιτριδίου τιτανίου
Το φιλμ TiN έχει τα πλεονεκτήματα της υψηλής σκληρότητας, της καλής αντοχής στη φθορά και της καλής αντοχής στη διάβρωση και χρησιμοποιείται ευρέως σε διάφορα καλούπια εργαλείων και εξαρτήματα ανθεκτικά στη διάβρωση τριβής. Η επίστρωση TiN έχει ένα τέλειο χρυσό χρώμα, γνωστό ως χρυσό τιτανίου, και χρησιμοποιείται ευρέως σε θήκες ρολογιών, αλυσίδες ρολογιών, διακοσμητικά και άλλες χειροτεχνίες. Δεν κάνει μόνο τις χειροτεχνίες όμορφες και διακοσμητικές, αλλά έχει επίσης ένα ισχυρό διακοσμητικό αποτέλεσμα. Έχει καλή αντοχή στη διάβρωση και μπορεί να παρατείνει τη διάρκεια ζωής των χειροτεχνιών. Το χρώμα των λεπτών μεμβρανών TiN σχετίζεται στενά με την περιεκτικότητα σε άζωτο. Καθώς η περιεκτικότητα σε άζωτο μειώνεται, οι μεμβράνες θα εμφανίζονται σε χρώματα όπως χρυσό, αρχαίο χαλκό, πορφυρό χαλκό και ροζ, δίνοντάς τους μοναδικές οπτικές λειτουργίες.
Το λεπτό φιλμ νιτριδίου τιτανίου έχει υψηλή ανακλαστικότητα (φαινόμενο θερμομόνωσης) στην περιοχή κοντά στο υπέρυθρο και είναι κατάλληλο για μεσαία έως μακριά 7
Η υπέρυθρη περιοχή έχει υψηλή ανακλαστικότητα (με χαμηλή ακτινοβολία), ενώ η ορατή περιοχή έχει υψηλή διαπερατότητα (εξασφαλίζοντας τις απαιτήσεις εξαγωγής φωτός) και χαμηλή ανακλαστικότητα (χωρίς φωτορύπανση). Σε σύγκριση με άλλες μεμβράνες, αυτές οι ειδικές ιδιότητες καθορίζουν ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί ευρέως ως λεπτό φιλμ εξοικονόμησης ενέργειας με εξαιρετική απόδοση. Η επίστρωση TiN στην επιφάνεια του γυαλιού έχει γίνει ένα νέο «θερμικό υλικό καθρέφτη». Όταν η επίστρωση στο γυαλί υπερβαίνει τα 90 nm, μπορεί να αυξήσει την υπέρυθρη ανάκλαση πάνω από 75%, βελτιώνοντας την απόδοση μόνωσης του γυαλιού. Ο Fu Shuying ανέλυσε τη δομή του φιλμ, το πάχος του φιλμ, τον ρυθμό απορρόφησης και την ανακλαστικότητα και διαπίστωσε ότι το παρασκευασμένο φιλμ TiN έχει καλά φασματικά χαρακτηριστικά επιλεκτικής απορρόφησης, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως επιφάνεια απορρόφησης θερμότητας για ηλιακούς συλλέκτες και απευθείας ως δομικό υλικό για φωτοθερμικά μετατροπή. Λόγω της υψηλής θερμοκρασίας αντοχής των επιστρώσεων (Ti, Al) N, έχουν επίσης εφαρμοστεί σε στρώματα επιλεκτικής απορρόφησης ηλιακής ενέργειας και παράθυρα ηλιακού ελέγχου τα τελευταία χρόνια.
Η επίστρωση νιτριδίου τιτανίου στην επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά την πρόσφυση του τεμαχίου εργασίας κοπής, να διατηρήσει τη γεωμετρική σταθερότητα της κοπής, να βελτιστοποιήσει την ποιότητα της επιφάνειας του εργαλείου, να αυξήσει τη δύναμη κοπής και την ποσότητα τροφοδοσίας, να βελτιώσει σημαντικά την ακρίβεια μηχανικής κατεργασίας το παραγόμενο προϊόν και επίσης πολλαπλασιάζει τη διάρκεια ζωής και την αντοχή του εργαλείου. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται ευρέως στην επιφάνεια των εργαλείων κοπής και των τρυπανιών. Οι Wei Xiaoyun et al. επιβεβαιώθηκε μέσω πειραμάτων ηλεκτροχημικής διάβρωσης ότι σε διάλυμα H2SO4 1mol/L, η αντίσταση στη διάβρωση των διεισδυμένων επικαλύψεων TiN είναι 1,4 και 4,2 φορές υψηλότερη από αυτή των επιμέρους υποστρωμάτων από ανοξείδωτο χάλυβα και χάλυβα Q235, αντίστοιχα. Η επίστρωση TiN δρα στην επιφάνεια των ανθεκτικών στη φθορά υλικών και είναι ένα ιδανικό στρώμα ανθεκτικό στη φθορά. Λόγω της πρόσφυσης και της καλής αντοχής στη φθορά, χρησιμοποιείται ευρέως σε συσκευές ανθεκτικές στη φθορά, όπως δακτυλίους στεγανοποίησης εμβόλων, ρουλεμάν και γρανάζια σε κινητήρες αυτοκινήτων. Επιπλέον, οι επικαλύψεις TiN χρησιμοποιούνται επίσης ευρέως για επιφάνειες εργαλείων στην τεχνολογία διαμόρφωσης, όπως η επιφάνεια εργαλείων διαμόρφωσης λαμαρίνας στην αυτοκινητοβιομηχανία.
Το φιλμ TiN έχει καλή βιοσυμβατότητα, μη τοξικό, χαμηλή πυκνότητα, μικρό βάρος και υψηλή αντοχή. Είναι ιδανικό ιατρικό υλικό και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως χειρουργικά εργαλεία και εμφυτεύματα για την εμφύτευση ανθρώπινου σώματος. Qi Feng et al. στο TiHe8
Η επιφάνεια της χρυσής τεχνητής καρδιακής βαλβίδας καλύπτεται με ένα στρώμα επίστρωσης TiN, το οποίο ενισχύει την αντίσταση στη φθορά του πλαισίου της βαλβίδας και αυξάνει τη διάρκεια ζωής της τεχνητής καρδιακής βαλβίδας. Στην εφαρμογή τεχνητών αρμών, το τιτάνιο και τα κράματα τιτανίου είναι ελαφριά σε βάρος, χαμηλό συντελεστή ελαστικότητας και ισχυρά σε απορρόφηση κραδασμών. Οι τεχνητές αρθρώσεις δεν είναι εύκολο να προκαλέσουν χαλάρωση της πρόθεσης και έχουν υψηλή τελική αντοχή σε εφελκυσμό, αντοχή διαρροής και αντοχή σε κόπωση, καθώς και υψηλή κόπωση στη διάβρωση και αντοχή στη διάβρωση. Οι λεπτές μεμβράνες TiN μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν στην επιφάνεια ορισμένων ιατρικών υλικών λεπτής μεμβράνης ως ενισχυτικές μεμβράνες. Μερικοί μελετητές έχουν βελτιώσει τις μηχανικές ιδιότητες και την πρόσφυση του υδροξυαπατίτη (ΗΑ) σε μεγάλο βαθμό τοποθετώντας φιλμ TiN στην επιφάνειά του.
Η επίστρωση λεπτού φιλμ TiN στο IF-MS2 μπορεί να βελτιώσει την αντοχή στη φθορά του λιπαντικού δισουλφιδίου του μολυβδαινίου. Όχι μόνο βελτιώνει σημαντικά την απόδοση λίπανσης των εξαρτημάτων του αεροπορικού υλικού, όπως οι κινητήρες σε αεροδιαστημικές συσκευές, αλλά επίσης ενισχύει την αντοχή των αεροπορικών υλικών σε υψηλές θερμοκρασίες και τριβές.
