Titanium nitrida Titanium Nitrida

Titanium nitrida

Identifier

Nomor CAS 25583-20-4

PubChem 93.091

Nomor EC 247-117-5

Jmol gambar 3D Gambar 1

Properti

Rumus molekul TiN

Massa molar 61,874 g / mol

Penampilan Pelapisan warna emas

Bau Tanpa bau

Kepadatan 5.22 g / cm 3

Titik lebur 2930 C, 3203 K, 5306 F

Kelarutan di air larut

Struktur

Struktur kristal Kubik , CF8

Grup ruang Fm 3 m, No 225

Koordinasi geometri Bersegi delapan

Titanium nitrida ( Ti N ) (kadang-kadang dikenal sebagai "Tinite" atau "TiNite" atau "TiN") adalah sangat keras keramik material, sering digunakan sebagai lapisan pada paduan titanium , baja , karbida , dan aluminium komponen untuk meningkatkan permukaan substrat properti. Diterapkan sebagai lapisan tipis, TiN digunakan untuk mengeras dan melindungi memotong dan geser permukaan, untuk tujuan dekoratif (karena penampilan emas), dan sebagai eksterior tidak beracun untuk implan medis . Dalam sebagian besar aplikasi lapisan kurang dari 5 mikrometer (0,00020 in) diterapkan.

Karakteristik Kekerasan Vickers 18-21 GPa Modulus elastisitas 251 GPa Konduktivitas termal 19,2 W / (m C) Koefisien ekspansi termal 9.35 10 -6 K -1 Superkonduktor temperatur transisi 5,6 K Kerentanan magnetik +38 10 -6 emu / mol TiN akan mengoksidasi pada 800 C pada atmosfer normal. Ini secara kimiawi stabil pada suhu kamar dan diserang oleh asam panas terkonsentrasi. [1] TiN memiliki baik inframerah (IR) reflektifitas properti, mencerminkan dalam spektrum yang mirip dengan unsur emas (Au), yang memberikan warna kekuningan. Tergantung pada bahan substrat dan permukaan akhir, TiN akan memiliki koefisien gesek berkisar 0,4-0,9 dibandingkan dirinya sendiri (non-dilumasi). Formasi khas memiliki struktur kristal dari NaCl-tipe dengan sekitar 01:01 stoikiometri ,. namun TiN senyawa x dengan x mulai 0,6-1,2 ini termodinamika stabil [3] Sebuah film tipis dari titanium nitrida dingin mendekati nol mutlak mengubahnya menjadi yang pertama dikenal superinsulator , dengan resistensi tiba-tiba meningkat dengan faktor 100.000. [4] Menggunakan

Abu-abu gelap TiCN pelapisan pada Gerber pisau lipat Sebuah penggunaan terkenal untuk lapisan TiN adalah untuk retensi tepi dan ketahanan korosi pada perkakas mesin, seperti bor dan pemotong penggilingan , sering meningkatkan hidup mereka dengan faktor tiga atau lebih. Karena warna emas metalik TiN, itu digunakan untuk melapisi perhiasan dan langsing otomotif untuk tujuan dekoratif. TiN juga banyak digunakan sebagai pelapis atas lapisan, biasanya dengan nikel (Ni) atau kromium (Cr) substrat berlapis, pada perlengkapan pipa konsumen dan perangkat keras pintu. Sebagai pelapis digunakan dalam kedirgantaraan dan aplikasi militer dan untuk melindungi permukaan geser suspensi garpu sepeda dan sepeda motor serta poros shock mobil dikendalikan radio . TiN adalah non-toksik, memenuhi FDA pedoman dan telah melihat digunakan dalam peralatan medis seperti pisau bedah pisau dan ortopedi tulang melihat pisau di mana ketajaman dan retensi tepi penting. [5] pelapis TiN juga telah digunakan dalam implan prostesis (terutama pinggul penggantian implan ) dan implan medis lainnya. Meskipun kurang terlihat, film tipis TiN juga digunakan dalam mikroelektronika , di mana mereka berfungsi sebagai konduktif penghalang antara perangkat aktif dan kontak logam yang digunakan untuk mengoperasikannya. Sementara film blok difusi logam ke silikon, cukup konduktif (30-70 L cm) untuk memungkinkan sambungan listrik yang baik. Dalam konteks ini, TiN diklasifikasikan sebagai " penghalang logam ", meskipun jelas keramik dari perspektif kimia atau perilaku mekanik. Desain chip terbaru dalam teknologi 45 nm dan seterusnya juga memanfaatkan TiN sebagai bahan metal untuk meningkatkan transistor kinerja. Dalam kombinasi dengan gerbang dielektrik (misalnya HfSiO) yang memiliki tinggi permitivitas dibandingkan dengan standar SiO2 panjang gerbang dapat diperkecil dengan rendah kebocoran , saat berkendara dan sama atau lebih baik lebih tinggi ambang tegangan . [6] Karena biostability tinggi, lapisan TiN dapat juga digunakan sebagai elektroda aplikasi bioelectronic [7] seperti pada cerdas implan atau in-vivo biosensor yang harus menahan korosi parah yang disebabkan oleh cairan tubuh . Elektroda TiN telah diterapkan dalam proyek subretinal prosthesis [8] serta sistem microelectromechanical biomedis ( BioMEMS ). [9] Fabrikasi

Titanium nitrida (TiN) pukulan dilapisi menggunakan teknik deposisi busur katodik Metode yang paling umum dari TiN pembuatan film tipis adalah deposisi uap fisik (PVD, biasanya menggerutu pengendapan , deposisi busur katodik atau pemanasan berkas elektron ) dan deposisi uap kimia (CVD). Dalam kedua metode, titanium murni disublimasikan dan bereaksi dengan nitrogen dalam energi tinggi, vakum lingkungan. Film TiN juga dapat diproduksi pada Ti benda kerja dengan pertumbuhan reaktif (misalnya, anil ) dalam nitrogen atmosfer. PVD lebih disukai untuk bagian baja karena suhu deposisi melebihi austenitizing suhu baja. Lapisan TiN juga tergagap pada berbagai bahan titik leleh yang lebih tinggi seperti baja tahan karat , titanium dan paduan titanium . [10] Its tinggi modulus Young (nilai antara 450 dan 590 GPa telah dilaporkan dalam literatur [11] ) berarti bahwa tebal pelapis cenderung mengelupas pergi, membuat mereka jauh lebih tahan lama daripada yang tipis. Titanium lapisan nitrida juga dapat disimpan oleh thermal penyemprotan sedangkan bubuk TiN diproduksi oleh nitridation dari titanium dengan nitrogen atau amonia pada 1200 C. [1] Benda keramik massal dapat dibuat dengan kemasan logam titanium bubuk ke dalam bentuk yang diinginkan, mengompresi kepadatan yang tepat, maka memicu dalam suasana nitrogen murni. Panas yang dilepaskan oleh reaksi kimia antara logam dan gas cukup untuk sinter produk reaksi nitrida menjadi keras, item selesai. Lihat metalurgi serbuk . Varian komersial lainnya

Sebuah pisau dengan oxynitride lapisan titanium Ada beberapa varian komersial digunakan TiN yang telah dikembangkan dalam dekade terakhir, seperti titanium nitrida karbon (TiCN), titanium aluminium nitrida (TiAlN atau Altin), dan titanium aluminium nitrida karbon, yang dapat digunakan secara individual atau dalam bolak lapisan dengan TiN. Lapisan ini menawarkan perangkat serupa atau unggul dalam ketahanan korosi dan kekerasan, dan warna tambahan mulai dari abu-abu terang hingga hampir hitam, ke gelap warna-warni ungu kebiruan tergantung pada proses yang tepat dari aplikasi. Lapisan ini menjadi umum pada barang olahraga, terutama pisau dan pistol , di mana mereka digunakan untuk alasan kosmetik baik dan fungsional. [12] Sebagai konstituen dalam pembuatan baja Titanium nitrida juga diproduksi sengaja dalam beberapa baja dengan penambahan bijaksana titanium dengan alloy . TiN bentuk pada suhu yang sangat tinggi karena sangat rendah Entalpi pembentukan , dan bahkan nucleates langsung dari lelehan dalam pembuatan baja sekunder. Ini bentuk diskrit, berukuran mikrometer kubik partikel pada batas butir dan poin tiga, dan mencegah pertumbuhan butir oleh Ostwald pematangan hingga sangat tinggi homolog suhu . Titanium nitrida memiliki terendah produk kelarutan dari setiap nitrida logam atau karbida dalam austenit, atribut berguna dalam baja microalloyed formula.