Titanyum nitrür - Titanium nitride - Wikipedia

"TiN" buraya yönlendirir. Kimyasal element için bkz. Teneke.
Titanyum nitrür
Kahverengi toz titanyum nitrür
Sodyum klorürün yapısı; titanyum nitrürün yapısı benzerdir.
İsimler
IUPAC adı
Titanyum nitrür
Diğer isimler
Titanyum (III) nitrür
Tanımlayıcılar
3 boyutlu model (JSmol )
ECHA Bilgi Kartı100.042.819 Bunu Vikiveri'de düzenleyin
EC Numarası
  • 247-117-5
PubChem Müşteri Kimliği
UNII
Özellikleri
Teneke
Molar kütle61.874 g / mol
GörünümAltın rengi kaplama
KokuKokusuz
Yoğunluk5,21 g / cm3[1]
Erime noktası 2.947 ° C (5.337 ° F; 3.220 K)[1]
çözülmez
+38×10−6 emu / mol
Termal iletkenlik29 W / (m · K) (323 K)[2]
Yapısı[3]
Kübik, cF8
Fm3m, No. 225
a = 0,4241 nm
4
Sekiz yüzlü
Termokimya
24 J / (K · mol) (500 K)[2]
−95,7 J / (K · mol)[4]
−336 kJ / mol[4]
Bağıntılı bileşikler
İlgili kaplama
Titanyum alüminyum nitrür
Aksi belirtilmedikçe, veriler kendi içlerindeki malzemeler için verilmiştir. standart durum (25 ° C'de [77 ° F], 100 kPa).
☒N Doğrulayın (nedir KontrolY☒N ?)
Bilgi kutusu referansları

Titanyum nitrür (Teneke; bazen olarak bilinir Tinit) son derece zor seramik genellikle bir kaplama olarak kullanılan malzeme titanyum alaşımları, çelik, karbür, ve alüminyum substratın yüzey özelliklerini iyileştirmek için bileşenler.

İnce bir kaplama olarak uygulanan TiN, kesme ve kayma yüzeylerini sertleştirmek ve korumak için, dekoratif amaçlı (altın rengi görünümü nedeniyle) ve toksik olmayan dış cephe olarak kullanılır. tıbbi implantlar. Çoğu uygulamada 5 mikrometreden (0.00020 inç) daha az bir kaplama uygulanır.

Özellikler

TiN'de Vickers sertliği 1800–2100 arasında, a esneklik modülü 251 GPa, bir termal genleşme katsayısı 9,35×10−6 K−1ve 5,6 K süper iletken geçiş sıcaklığı[5][6]

TiN, normal bir atmosferde 800 ° C'de oksitlenir. TiN kahverengi bir renge sahiptir ve kaplama olarak uygulandığında altın rengi görünür. Laboratuvar testlerine göre 20 ° C'de kimyasal olarak stabildir, ancak artan sıcaklıklarda konsantre asit çözeltileri tarafından yavaş yavaş saldırıya uğrayabilir.[5]Alt tabaka malzemesine ve yüzey kaplamasına bağlı olarak, TiN bir sürtünme katsayısı başka bir TiN yüzeyine (yağlanmamış) karşı 0,4 ila 0,9 arasında değişir. Tipik TiN oluşumunun bir kristal yapı nın-nin NaCl türü kabaca 1: 1 stokiyometri; Tenekex ile bileşikler x 0.6 ile 1.2 arasında değişen ancak termodinamik olarak kararlıdır.[7]

TiN olur süper iletken kriyojenik sıcaklıklarda, tek kristaller için 6.0 K'ye kadar kritik sıcaklıkta.[8] İnce film TiN'de süperiletkenlik, süperiletkenlik özellikleri, örnek hazırlamaya bağlı olarak, süperiletkenliğin tam olarak bastırılmasına kadar büyük ölçüde değişen, kapsamlı bir şekilde çalışılmıştır. süperiletken-yalıtkan geçişi.[9] Yakınına kadar ince bir TiN filmi soğutuldu. tamamen sıfır, onu bilinen ilk haline dönüştürmek süper izolatör, direnç aniden 100.000 kat artıyor.[10]

Kullanımlar

TiN kaplı matkap ucu
Bir üzerinde koyu gri TiCN kaplama Gerber çakı

TiN kaplamanın iyi bilinen bir kullanımı, örneğin takım tezgahlarında kenar tutma ve korozyon direncidir. Matkap uçları ve freze bıçakları, genellikle yaşam sürelerini üç kat veya daha fazla uzatır.[11]

TiN'in metalik altın rengi nedeniyle kaplamada kullanılır kostüm takısı ve dekoratif amaçlı otomotiv süslemesi. TiN ayrıca, genellikle bir üst tabaka kaplama olarak yaygın bir şekilde kullanılır. nikel (Ni) veya krom (Cr) kaplı alt tabakalar, tüketici tesisat armatürlerinde ve kapı donanımlarında. Kaplama olarak kullanılır havacılık ve askeri uygulamalar ve kayan yüzeyleri korumak için süspansiyon çatallar bisiklet ve motosikletler yanı sıra şok milleri radyo kontrollü arabalar. TiN toksik değildir, FDA yönergeler ve kullanım gördü Tıbbi cihazlar gibi neşter bıçaklar ve ortopedik kemik testeresi keskinliğin ve kenar tutmanın önemli olduğu bıçaklar.[12] TiN kaplamalar ayrıca implante edilmiş protezler (özellikle kalça protezi implantlar) ve diğer tıbbi implantlar.

Daha az görünür olmasına rağmen, ince filmler TiN ayrıca mikroelektronik nerede hizmet ettikleri iletken aktif cihaz ile devreyi çalıştırmak için kullanılan metal kontaklar arasındaki bağlantı, bir difüzyon engeli engellemek için yayılma metalin silikon içine. Bu bağlamda, TiN bir "bariyer metal" olarak sınıflandırılır (elektriksel direnç ~ 25 µΩ · cm[2]), açıkça bir seramik bakış açısından kimya veya mekanik davranış. 45 nm teknolojisinde ve ötesinde yeni yonga tasarımı, TiN'yi iyileştirme için bir "metal" olarak kullanır transistör verim. İle bütünlüğünde kapı yalıtkanları (ör. HfSiO) daha yüksek geçirgenlik standartla karşılaştırıldığında SiO2 kapı uzunluğu düşük ölçeklenebilir sızıntı, daha yüksek tahrik akımı ve aynı veya daha iyi eşik gerilimi.[13] Ek olarak, TiN ince filmler şu anda kaplama için düşünülmektedir zirkonyum alaşımları için kazaya dayanıklı nükleer yakıtlar.[14][15]

Yüksek biyolojik kararlılıkları nedeniyle, TiN katmanları aynı zamanda elektrot olarak da kullanılabilir. biyoelektronik uygulamalar [16] zeki gibi implantlar veya in-vivo Biyosensörler neden olduğu şiddetli korozyona dayanması gereken vücut sıvısı. TiN elektrotları halihazırda subretinal protez projesi [17] biyomedikal mikroelektromekanik sistemlerde olduğu gibi (BioMEMS ).[18]

Yapılışı

Katodik ark biriktirme tekniği kullanan titanyum nitrür (TiN) kaplı zımbalar

TiN ince film oluşturmanın en yaygın yöntemleri şunlardır: fiziksel buhar biriktirme (PVD, genellikle püskürtmeli biriktirme, katodik ark birikimi veya elektron ışınıyla ısıtma ) ve kimyasal buhar birikimi (CVD).[19] Her iki yöntemde de saf titanyum yüceltilmiş ve yüksek enerjide nitrojen ile reaksiyona girdi, vakum çevre. TiN film, Ti iş parçalarında reaktif büyüme ile de üretilebilir (örneğin, tavlama ) içinde azot atmosfer. PVD, çelik parçalar için tercih edilir çünkü biriktirme sıcaklıkları, östenitleme çelik sıcaklığı. TiN tabakaları ayrıca çeşitli yüksek erime noktalı malzemeler üzerine püskürtülür. paslanmaz çelikler, titanyum ve titanyum alaşımları.[20] Yüksek Gencin modülü (450 ile 590 arası değerler GPa literatürde rapor edilmiştir [21]) kalın kaplamaların pul pul dökülme eğiliminde olduğu ve bu da onları ince olanlara göre daha az dayanıklı hale getirdiği anlamına gelir. Titanyum nitrür kaplamalar ayrıca termal püskürtme TiN tozları ise titanyumun 1200 ° C'de nitrojen veya amonyak ile nitrürlenmesi ile üretilir.[5]

Dökme seramik nesneler, toz halindeki metalik titanyumun istenen şekle getirilmesi, uygun yoğunluğa sıkıştırılması ve ardından saf nitrojen atmosferinde tutuşturulmasıyla imal edilebilir. Metal ve gaz arasındaki kimyasal reaksiyonla açığa çıkan ısı, sinter nitrür reaksiyon ürünü sert, bitmiş bir ürüne dönüştürülür. Görmek toz metalurjisi.

Diğer ticari varyantlar

Titanyum oksinitrür kaplamalı bir bıçak

Titanyum karbon nitrür (TiCN) gibi 2010'dan beri geliştirilmiş ticari olarak kullanılan birkaç TiN varyantı vardır. titanyum alüminyum nitrür (TiAlN veya AlTiN) ve titanyum alüminyum karbon nitrür, ayrı ayrı veya TiN ile değişen katmanlarda kullanılabilir. Bu kaplamalar, korozyon direnci ve sertlikte benzer veya üstün iyileştirmeler ve açık griden neredeyse siyaha, koyu renge kadar değişen ek renkler sunar. yanardöner tam uygulama sürecine bağlı olarak mavimsi-mor. Bu kaplamalar özellikle spor malzemelerinde yaygın hale geliyor. bıçaklar ve tabancalar, hem kozmetik hem de fonksiyonel nedenlerle kullanıldıkları yerlerde.

Çelik yapımında bir bileşen olarak

Titanyum nitrür ayrıca bazı çeliklerde titanyumun akıllıca eklenmesiyle kasıtlı olarak üretilir. alaşım. TiN, çok düşük olması nedeniyle çok yüksek sıcaklıklarda oluşur. oluşum entalpisi, ve hatta çekirdekler doğrudan ikincil çelik yapımındaki eriyikten. Ayrık, mikrometre boyutunda oluşturur kübik parçacıklar tane sınırları ve üçlü noktalar ve engeller tane büyümesi tarafından Ostwald olgunlaşması çok yükseğe homolog sıcaklıklar. En düşük titanyum nitrür çözünürlük ürünü östenit içindeki herhangi bir metal nitrür veya karbürün, mikro alaşımlı çelik formüller.

Doğal olay

Osbornit neredeyse yalnızca meteorlarda bulunan çok nadir doğal bir titanyum nitrür formudur.[22][23]

Referanslar

  1. ^ a b Haynes, William M., ed. (2016). CRC El Kitabı Kimya ve Fizik (97. baskı). CRC Basın. s. 4.92. ISBN  9781498754293.
  2. ^ a b c Lengauer, W .; Binder, S .; Aigner, K .; Ettmayer, P .; Guillou, A .; Debuigne, J .; Groboth, G. (1995). "IVb grubu karbonitrürlerin katı hal özellikleri". Alaşım ve Bileşikler Dergisi. 217: 137–147. doi:10.1016/0925-8388(94)01315-9.
  3. ^ Lengauer, Walter (1992). "Toplu δ-TiN'nin özellikleri1-x nitrojen difüzyonu ile titanyum metaline hazırlanır ". Alaşım ve Bileşikler Dergisi. 186 (2): 293–307. doi:10.1016/0925-8388(92)90016-3.
  4. ^ a b Wang, Wei-E (1996). "Ti-N sisteminin kısmi termodinamik özellikleri". Alaşım ve Bileşikler Dergisi. 233 (1–2): 89–95. doi:10.1016/0925-8388(96)80039-9.
  5. ^ a b c Hugh O. Pierson (1996). Refrakter karbür ve nitrür el kitabı: özellikleri, özellikleri, işleme ve uygulamaları. William Andrew. s. 193. ISBN  978-0-8155-1392-6.
  6. ^ Stone, D. S .; K. B. Yoder; W. D. Sproul (1991). "Sürekli girinti tekniğine ve yeni korelasyona dayalı TiN'nin sertlik ve elastik modülü". Vakum Bilimi ve Teknolojisi Dergisi A. 9 (4): 2543–2547. Bibcode:1991JVSTA ... 9.2543S. doi:10.1116/1.577270.
  7. ^ Toth, L.E. (1971). Geçiş Metal Karbürleri ve Nitrürleri. New York: Akademik Basın. ISBN  978-0-12-695950-5.
  8. ^ Spengler, W .; et al. (1978). "Raman saçılımı, süperiletkenlik ve stokiyometrik ve stoikiometrik olmayan TiN durumlarının fonon yoğunluğu". Phys. Rev. B. 17 (3): 1095–1101. Bibcode:1978PhRvB..17.1095S. doi:10.1103 / PhysRevB.17.1095.
  9. ^ Baturina, T.I .; et al. (2007). "TiN İnce Filmlerde Bozukluğa Dayalı Süperiletken-İzolatör Geçişinin Kuantum-Kritik Bölgesinde Lokalize Süperiletkenlik". Phys. Rev. Lett. 99 (25): 257003. arXiv:0705.1602. Bibcode:2007PhRvL..99y7003B. doi:10.1103 / PhysRevLett.99.257003. PMID  18233550. S2CID  518088.
  10. ^ "Yeni keşfedilen 'süper izolatörler' malzeme araştırmalarını, elektronik tasarımını dönüştürme vaadi". PhysOrg.com. 2008-04-07.
  11. ^ "Titanyum Nitrür (TiN) Kaplama". Surface Solutions Inc. Haziran 2014.
  12. ^ "Ürün:% s". IonFusion Cerrahi. Alındı 2009-06-25.
  13. ^ Dziura, Thaddeus G .; Benjamin Bunday; Casey Smith; Muhammad M. Hussain; Rusty Harris; Xiafang Zhang; Jimmy M. Price (2008). "Saçılma ölçümü kullanarak FinFET yan duvarlarında yüksek k ve metal film kalınlığının ölçülmesi". SPIE Tutanakları. Mikrolitografi için Metroloji, Muayene ve Proses Kontrolü XXII. 6922 (2): 69220V. Bibcode:2008SPIE.6922E..0VD. doi:10.1117/12.773593. S2CID  120728898.
  14. ^ Tunes, Matheus A .; da Silva, Felipe C .; Camara, Osmane; Schön, Claudio G .; Sagas, Julio C .; Fontana, Luis C .; Donnelly, Stephen E .; Greaves, Graeme; Edmondson, Philip D. (Aralık 2018). "TiN kaplamaların enerjik partikül ışınlama çalışması: bu filmler kazaya dayanıklı yakıtlar için uygun mu?" (PDF). Nükleer Malzemeler Dergisi. 512: 239–245. Bibcode:2018JNuM..512..239T. doi:10.1016 / j.jnucmat.2018.10.013.
  15. ^ Alat, Ece; Motta, Arthur T .; Comstock, Robert J .; Partezana, Jonna M .; Wolfe, Douglas E. (Eylül 2016). "Nükleer yakıt kaplaması için çok katmanlı (TiN, TiAlN) seramik kaplamalar". Nükleer Malzemeler Dergisi. 478: 236–244. Bibcode:2016JNuM..478..236A. doi:10.1016 / j.jnucmat.2016.05.021.
  16. ^ Birkholz, M .; Ehwald, K.-E .; Wolansky, D .; Costina, I .; Baristiran-Kaynak, C .; Fröhlich, M .; Beyer, H .; Kapp, A .; Lisdat, F. (2010). "Biyoelektronik uygulamalar için bir CMOS işleminden korozyona dayanıklı metal tabakalar". Sörf. Ceket. Technol. 204 (12–13): 2055–2059. doi:10.1016 / j.surfcoat.2009.09.075.
  17. ^ Hämmerle, Hugo; Kobuch, Karin; Kohler, Konrad; Nisch, Wilfried; Sachs, Helmut; Stelzle, Martin (2002). "Subretinal implantasyon için mikro-fotodiyot dizilerinin biyostabilitesi". Biyomalzemeler. 23 (3): 797–804. doi:10.1016 / S0142-9612 (01) 00185-5. PMID  11771699.
  18. ^ Birkholz, M .; Ehwald, K.-E .; Kulse, P .; Drews, J .; Fröhlich, M .; Haak, U .; Kaynak, M .; Matthus, E .; Schulz, K .; Wolansky, D. (2011). "Ultra ince TiN membranlar, CMOS ile entegre MEMS ve BioMEMS cihazları için bir teknoloji platformu olarak". Gelişmiş Fonksiyonel Malzemeler. 21 (9): 1652–1654. doi:10.1002 / adfm.201002062.
  19. ^ "Endüstriyel Ürünler İçin Kaplamalar Giyin". Difüzyon Alaşımları Limited. Arşivlenen orijinal 2013-05-19 tarihinde. Alındı 2013-06-14.
  20. ^ "Kaplamalar". Kaplama Hizmetleri Grubu, LLC. Alındı 2009-06-25.
  21. ^ Abadias, G. (2008). "Nitrür bazlı PVD kaplamalarda gerilme ve tercih edilen yönelim". Sörf. Ceket. Technol. 202 (11): 2223–2235. doi:10.1016 / j.surfcoat.2007.08.029.
  22. ^ "Osbornit". Mindat.org. Hudson Mineraloji Enstitüsü. Alındı 29 Şub 2016.
  23. ^ "Osbornite Mineral Verileri". Mineraloji Veritabanı. David Barthelmy. 5 Eyl 2012. Alındı 6 Ekim 2015.
Tuzları ve kovalent türevleri nitrür iyon
NH3
N2H4		Tavuk2)11
Li3NOl3N2BNβ-C3N4
g-C3N4
CxNy		N2NxÖyNF3Ne
Na3NMg3N2AlNSi3N4PN
P3N5		SxNy
SN
S4N4		NCI3Ar
KCA3N2ScNTenekeVNCrN
Cr2N		MnxNyFexNyCoNNi3NCuNZn3N2GaNGe3N4GibiSeNBr3Kr
RbSr3N2YNZrNNbNβ-Mo2NTcRuRhPdNAg3NCdNHanSnSbTeNI3Xe
CsBa3N2 Hf3N4TaNWNYenidenİşletim sistemiIrPtAuHg3N2TlNPbÇöp KutusuPoŞurada:Rn
FrRa3N2 RfDbSgBhHsMtDSRgCnNhFlMcLvTsOg
↓
LaCeNPrNdPmSmABGdNTbDyHoErTmYblu
ACThBabaBMNpPuAmSantimetreBkCfEsFmMdHayırLr