Нитри?д тита?на — бинарное химическое соединение титана с азотом.
| Нитрид титана | |
|---|---|
 | |
 | |
| Общие | |
| Систематическое наименование |
мононитрид титана |
| Традиционные названия | нитрид титана |
| Хим. формула | TiN |
| Физические свойства | |
| Состояние | твёрдое |
| Молярная масса | 61,874 г/моль |
| Плотность | 5,44 г/см3 |
| Термические свойства | |
| Температура | |
| ? плавления | 2930 °C |
| Мол. теплоёмк. | 37,12 Дж/(моль·К) |
| Теплопроводность | 41,8 Вт/(м·K) |
| Энтальпия | |
| ? образования | -338,1 кДж/моль |
| Классификация | |
| Рег. номер CAS | 25583-20-4 |
| PubChem | 93091 |
| Рег. номер EINECS | 247-117-5 |
| SMILES | |
| InChI | |
| ChemSpider | 84040 |
| Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. | |
 Медиафайлы на Викискладе | |
Представляет собой фазу внедрения с широкой областью гомогенности, которая составляет от 14,8 до 22,6 % азота (по массе), что можно обозначить брутто-формулами от Ti10N6 до TiN соответственно[1].
Физические свойства
правитьНитрид титана представляет собой материал жёлто-коричневого цвета, а в компактном состоянии приобретает золотистую окраску.
Имеет кубическую гранецентрированную решётку типа NaCl, пространственная группа Fm3m, с периодом а = 0,4235 нм.
- Удельное электрическое сопротивление 40 мкОм?см.
- Коэффициент линейного теплового расширения 9,35?10?6 1/K (25-1100 °C)
- Микротвердость 2050 кгc/мм2 .
- Модуль упругости 25600 кг/мм2[2].
Получение
правитьНитрид титана можно получить одним из следующих способов[1][3].
- Азотированием титана (непосредственным насыщением азотом):
- Процесс азотирования проводят обычно при температуре выше 1100 °C в среде азота или диссоциированного аммиака. Для этой цели используют титан в виде порошка или стружки. Чистый порошок титана может быть заменён гидридом титана;
- Взаимодействием тетрахлорида титана со смесью азота и водорода:
- В основе этого способа лежит реакция:
- которую проводят при температуре выше 1000 °C. Также образующийся нитрид титана можно осадить на вольфрамовую нить, нагретую до температуры 1400—2000 °C;
- Разложением аминохлоридов титана:
- Аминохлорид титана разлагается с образованием промежуточного продукта TiNCl, нагрев которого до температуры 1000 °C приводит к образованию свободного от хлора нитрида титана;
- Восстановлением оксида титана углеродом в среде азота:
- В основе процесса лежит реакция:
- С увеличение температуры процесса восстановления с 1000 °C до 1700 °C выход нитрида титана увеличивается, но при этом в продуктах реакции наблюдается появление карбида титана. Этот способ весьма пригоден для получения технически чистого нитрида титана в больших количествах, используемого для изготовления огнеупоров;
- Синтезом в плазме:
- Как исходный продукт для получения нитрида титана может быть использован TiCl4 или порошок титана, который подают в струю плазмы генерируемую СВЧ-плазмотроном. Плазмообразующим газом является азот. Порошки полученные этим способом могут иметь размеры от 10 нм до 100 нм[4];
- Суть способа заключается в химической реакции титана с азотом, которая происходит с выделением тепла. Процесс ведут в герметическом реакторе, в котором процесс самопроизвольного горения инициируют нагревом контейнера, заполненного азотом и порошком титана[5].
Химические свойства
правитьНитрид титана устойчив к окислению на воздухе до 700—800 °C, при этих же температурах сгорает в токе кислорода:
- .
При нагреве до 1200 °C в среде водорода или в смеси азота и водорода нитрид титана инертен.
Нитрид титана стехиометрического состава проявляет стойкость к CO, но медленно реагирует с CO2 по реакции:
- .
Реагирует на холоде с фтором:
- .
Хлор не взаимодействует с нитридом титана до 270 °C, но реагирует с ним при температурах свыше 300—400 °C:
- .
При температуре 1300 °C хлороводород взаимодействует с с образованием газообразных хлоридов титана и азота с водородом.
Взаимодействует с дицианом образуя карбонитрид титана[3]:
- .
При комнатной температуре, по отношению к серной, соляной, фосфорной, хлорной кислотам, а также к смесям хлорной и соляной, щавелевой и серной кислот, нитрид титана является стойким соединением. Кипящие кислоты (соляная, серная и хлорная) слабо взаимодействуют с . На холоде малоустойчив против растворов гидроксида натрия. Взаимодействует с азотной кислотой, а в присутствии сильных окислителей растворяется плавиковой кислотой.
Нитрид титана является стойким к действию расплавов олова, висмута, свинца, кадмия и цинка. При высокой температуре разрушается оксидами железа (Fe2O3), марганца (MnO), кремния (SiO2) и стеклом[1].
Применение
править
Применяется как жаропрочный материал, в частности, из него делают тигли для плавки металлов в бескислородной атмосфере.
В металлургии это соединение встречается в виде относительно крупных (единицы и десятки микрон) неметаллических включений в сталях, легированных титаном. Такие включения имеют на шлифах, как правило, форму квадратов и прямоугольников, их легко идентифицировать методом металлографического анализа. Такие крупные частицы нитрида титана, образующиеся из расплава, приводят к ухудшению качества литого металла.
Нитрид титана используется для создания износостойких покрытий металлорежущего инструмента.
Используется в микроэлектронике в качестве диффузионного барьера совместно с медной металлизацией и др.
Также нитрид титана применяется в качестве износостойкого и декоративного покрытия. Изделия, покрытые им, по внешнему виду похожи на золото и могут иметь различные оттенки, в зависимости от соотношения металла и азота в соединении. Нанесение покрытия из нитрида титана производится в специальных камерах термодиффузионным методом. При высокой температуре титан и азот реагируют вблизи поверхности покрываемого изделия и диффундируют в саму структуру металла.
Соединение не используется для покрытия электрических контактов.
Напыление из нитрида титана используют для покрытия зубных коронок, имитирующих золотые, и зубных мостов[6].
См. также
правитьПримечания
править- ↑ 1 2 3 Самсонов Г. В. Нитриды. — Наукова думка, 1969. — С. 133—158. — 380 с.
- ↑ Самсонов Г. В., Виницкий И. М. Тугоплавкие соединения (справочник). — Металлургия, 1976. — С. 560.
- ↑ 1 2 Лучинский Г. П. Химия титана. — Химия, 1971. — С. 168—170. — 472 с.
- ↑ Краснокутский Ю. И., Верещак В. Г. Получение тугоплавких соединений в плазме. — Вища шк., 1987. — С. 134—139. — 200 с.
- ↑ Степанчук А. Н., Билык И. И., Бойко П. А. Технология порошковой металлургии. — Выща шк., 1985. — С. 169—170. — 415 с.
- ↑ Все о зубных протезах. Дата обращения: 3 февраля 2022. Архивировано 23 января 2022 года.
Литература
править- Неорганическая химия / под ред. Ю.Д. Третьякова. — М.: Академия, 2007. — Т. 3. — 352 с.