簡介
編輯鈦化鈦(TiN;有時稱為 Tinite)是一種極其堅硬的陶瓷材料,通常用作鈦合金、鋼、碳化物和鋁部件上的物理氣相沉積 (PVD) 涂層,以改善基材的表面性能。
作為薄涂層應用,TiN 用于硬化和保護切割和滑動表面,用于裝飾目的(由于其金色外觀),以及作為醫療植入物的無毒外層。 在大多數應用中,涂層厚度小于 5 微米(0.00020 英寸)。
特點
編輯TiN 的維氏硬度為 1800–2100,彈性模量為 251 GPa,熱膨脹系數為 9.35×10?6 K?1,超導轉變溫度為 5.6 K。
在正常大氣中,TiN 會在 800 °C 時氧化。 TiN 呈棕色,作為涂層使用時呈金色。 根據實驗室測試,它在 20 °C 時化學穩定,但隨著溫度升高,它會被濃酸溶液緩慢腐蝕。根據基板材料和表面光潔度,TiN 與其他材料的摩擦系數在 0.4 到 0.9 之間 TiN 表面(未潤滑)。 典型的 TiN 結構具有 NaCl 型晶體結構,化學計量比約為 1:1; 然而,x 范圍為 0.6 至 1.2 的 TiNx 化合物是熱力學穩定的。
TiN 在低溫下變得超導,單晶的臨界溫度高達 6.0 K。 薄膜 TiN 中的超導性已得到廣泛研究,其超導特性因樣品制備而有很大差異,直至在超導體-絕緣體轉變時完全抑制超導性。 TiN 薄膜被冷卻到接近xxx零,將其轉化為xxx個已知的超級絕緣體,電阻突然增加了 100,000 倍。
自然現象
編輯Osbornite 是一種非常罕見的天然形式的氮化鈦,幾乎只存在于隕石中。
使用
編輯TiN 涂層的一個眾所周知的用途是用于機床(例如鉆頭和銑刀)的邊緣保持和耐腐蝕,通常可將其使用壽命提高三倍或更多。
由于 TiN 的金屬金色,它被用于裝飾人造珠寶和汽車裝飾件。 TiN 還廣泛用作頂層涂層,通常與鍍鎳 (Ni) 或鍍鉻 (Cr) 基材一起用于消費類管道裝置和門用五金件上。 作為一種涂層,它用于航空航天和軍事應用,保護自行車和摩托車避震叉的滑動表面以及無線電遙控汽車的減震軸。 TiN 還用作許多步槍和半自動槍支運動部件的保護涂層,因為它非常耐用。 除了經久耐用外,它還非常光滑,非常容易去除積碳。 TiN 無毒,符合 FDA 指南,并已用于醫療設備,例如手術刀刀片和骨科骨鋸刀片,在這些設備中,鋒利度和邊緣保持力很重要。 TiN 涂層也已用于植入假體(尤其是髖關節置換植入物)和其他醫療植入物。
雖然不太明顯,但 TiN 薄膜也用于微電子,它們在有源器件和用于操作電路的金屬觸點之間充當導電連接,同時充當擴散阻擋層以阻止金屬擴散到 硅。 在這種情況下,TiN 被歸類為阻擋金屬(電阻率 ~ 25 μΩ·cm),盡管從化學或機械行為的角度來看它顯然是一種陶瓷。 最近采用 45 納米技術及更高技術的芯片設計也使用 TiN 作為金屬來提高晶體管性能。 結合與標準 SiO2 相比具有更高介電常數的柵極電介質(例如 HfSiO),可以按比例縮小柵極長度,同時實現低泄漏、更高的驅動電流和相同或更好的閾值電壓。 此外,目前正在考慮將 TiN 薄膜用于涂覆用于耐事故核燃料的鋯合金。 它還用作某些壓縮驅動器隔膜上的涂層以提高性能。
由于其高生物穩定性,TiN 層也可用作生物電子應用中的電極,例如智能植入物或必須承受體液引起的嚴重腐蝕的體內生物傳感器。 TiN 電極已應用于視網膜下假體項目以及生物醫學微機電系統 (BioMEMS)。
制造
編輯最常見的 TiN 薄膜制作方法是物理氣相沉積(PVD,通常是濺射沉積、陰極電弧沉積或電子束加熱)和化學氣相沉積 (CVD)。 在這兩種方法中,純鈦都會在高能真空環境中升華并與氮氣發生反應。
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