Нитрид титана
| |
| |
| Имена | |
|---|---|
| Имя IUPAC
Нитрид титана
| |
| Другие имена
Титан (III) нитрид
| |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol )
|
|
| Chemspider | |
| Echa Infocard | 100.042.819 |
| ЕС номер |
|
PubChem CID
|
|
| НЕКОТОРЫЙ | |
Comptox Dashboard ( EPA )
|
|
| Характеристики | |
| Полагать | |
| Молярная масса | 61.874 g/mol |
| Появление | Коричневый как чистое твердое покрытие золотого цвета |
| Запах | Без запаха |
| Плотность | 5,21 г/см 3 [ 1 ] |
| Точка плавления | 2947 ° C (5337 ° F; 3220 K) [ 1 ] |
| нерастворимый | |
| +38 × 10 −6 emu/mol | |
| Теплопроводность | 29 Вт/(м · к) (323 К) [ 2 ] |
| Структура [ 3 ] | |
| Сцентрированный лицом кубики (FCC), CF8 | |
| FM 3 м, № 225 | |
A = 0,4241 нм
| |
Единицы формулы ( z )
|
4 |
| Октаэдральный | |
| Термохимия | |
Теплоемкость ( с )
|
24 J/(K·mol) (500 K) [ 2 ] |
Std Molar
энтропия ( с ⦵ 298 ) |
−95,7 j/(k · моль) [ 4 ] |
Энтальпия STD
образование (Δ f h ⦵ 298 ) |
-336 кДж / раз [ 4 ] |
| Связанные соединения | |
Связанное покрытие
|
Титановый алюминий нитрид |
За исключением случаев, когда отмечены, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
| |
Нитрид титана ( олово ; иногда известный как тинит ) представляет собой чрезвычайно твердый керамический материал, часто используемый в качестве покрытия физического осаждения пара (PVD) на титановых сплавах , стали , карбиде и алюминиевых компонентах для улучшения свойств поверхности субстрата.
Применяемый в виде тонкого покрытия, олово используется для затвердевания и защиты режущих и скользящих поверхностей, для декоративных целей (для его золотистого внешнего вида) и в качестве нетоксичной внешности для медицинских имплантатов . покрытие менее 5 микрометров (0,00020 дюйма) . В большинстве приложений применяется [ 5 ]
Характеристики
[ редактировать ]Олово имеет твердость Vickers 1800–2100, твердость 31 ± 4 ГПа , [ 6 ] модуль эластичности 550 50 ± ГПа , [ 6 ] Коэффициент термического расширения 9,35 × 10 −6 K −1 и сверхпроводящая температура перехода составляет 5,6 К. [ 7 ] [ 6 ]
Олово окисляется при 800 ° С в нормальной атмосфере. Он химически стабилен при 20 ° C, в соответствии с лабораторными испытаниями, но может медленно атаковать концентрированные кислотные растворы с повышением температуры. [ 7 ] Олово имеет коричневый цвет и появляется золото при нанесении в виде покрытия. В зависимости от материала субстрата и поверхностной отделки, TIN имеет коэффициент трения в диапазоне от 0,4 до 0,9 против другой поверхности олова (не смазывается). Типичное образование олова имеет кристаллическую структуру типа NaCl 1: 1 со стехиометрией ; Тем не менее, соединения TIN X с x в диапазоне от 0,6 до 1,2 являются термодинамически стабильными. [ 8 ]
Олово становится сверхпроводящим при криогенных температурах с критической температурой до 6,0 К для монокристаллов. [ 9 ] Сверхпроводимость в тонкопленочной олова была тщательно изучена, с сверхпроводящими свойствами сильно различаются в зависимости от подготовки образцов, вплоть до полного подавления сверхпроводимости при переходе сверхпроводникового инсульта . [ 10 ] Тонкая пленка олова была охлаждена в почти абсолютном нуле , превращая ее в первый известный суперсинзатор , при этом сопротивление внезапно увеличивалось в 100 000 человек. [ 11 ]
Естественное явление
[ редактировать ]Осборт - очень редкая естественная форма нитрида титана, обнаруженная почти исключительно в метеоритах. [ 12 ] [ 13 ]
Использование
[ редактировать ]
Хорошо известное использование для оловянного покрытия предназначено для удержания краев и сопротивления коррозии при стационарных инструментах, таких как бурильные биты и фрезеры , часто улучшая их срок службы в течение трех или более. [ 14 ]
Из -за металлического золотого цвета олова этот материал используется для покрытия ювелирных изделий костюмов и автомобильной отделки для декоративных целей. Олово также широко используется в качестве покрытия с верхним слоем, обычно с помощью никеля -или хромовых подложков, на сантехнических приспособлениях для потребителей и оборудовании для дверей. В качестве покрытия он используется в аэрокосмической и военной приложениях и для защиты скользящих поверхностей подвесных вилок велосипедов и мотоциклов , а также ударных валов радиоуправляемых автомобилей . Олово также используется в качестве защитного покрытия на движущихся частях многих винтовков и полуавтоматического огнестрельного оружия, так как оно чрезвычайно долговечнее. Помимо долговечного, он также очень гладкий, что делает удаление углерода чрезвычайно простым. Олово нетоксична, соответствует руководящим принципам FDA и наблюдается в использовании в медицинских устройствах, таких как лопасти скальпеля и лезвия-ортопедические кости , где резкость и удержание краев важны. [ 15 ] Оловянные покрытия также использовались в имплантированных протезах (особенно имплантатах замены тазобедренного сустава ) и в других медицинских имплантатах.
также используются менее заметные, тонкие пленки TIN также используются Хотя в микроэлектронике , где они служат проводящим соединением между активным устройством и металлическими контактами, используемыми для управления цепью, действуя в качестве диффузионного барьера для блокировки диффузии металла в кремний. В этом контексте олово классифицируется как «барьерный металл» (электрическое удельное сопротивление ~ 25 мкм · см. [ 2 ] ), хотя это явно керамика с точки зрения химии или механического поведения. Недавний дизайн чипов в технологии 45 нм также использует TIN в качестве «металла» для улучшения производительности транзистора . В сочетании с диэлектриками затвора (например, HFSIO 4 ), которые имеют более высокую диэлектрическую проницаемость по сравнению со стандартным SIO 2 , длина затвора может быть масштабирована с низкой утечкой , более высоким током привода и таким же или лучшим пороговым напряжением . [ 16 ] Кроме того, в настоящее время рассматриваются тонкие пленки для покрытия циркония для ядерного топлива, устойчивого к несчастным случаям . [ 17 ] [ 18 ] Он также используется в качестве покрытия на некоторых диафрагмах драйвера сжатия для повышения производительности.
Из -за их высокой биостабильности, оловянные слои также могут использоваться в качестве электродов в биоэлектронных приложениях [ 19 ] как в интеллектуальных имплантатах in vivo или биосенсорах , которые должны противостоять тяжелой коррозии, вызванной жидкостями организма . Оловянные электроды уже были применены в проекте субретинального протеза [ 20 ] а также в биомедицинских микроэлектромеханических системах ( Biomems ). [ 21 ]
Изготовление
[ редактировать ]
Наиболее распространенными методами создания тонкой пленки являются физическое осаждение паров (PVD, обычно отложение распыления , катодное осаждение дуги или нагревание электронного луча ) и химическое осаждение паров (CVD). [ 22 ] В обоих методах чистый титан возвышается среде с высокой энергией и реагирует с азотом в вакуумной . Оловянная пленка также может быть произведена на заготовках TI путем реактивного роста (например, отжига ) в атмосфере азота . PVD является предпочтительным для стальных деталей, потому что температура осаждения превышает аустенизирующую температуру стали. Оловые слои также распыляются на различных материалах с более высокой точки зрения, таких как нержавеющие стали , титановые и титановые сплавы . [ 23 ] Его высокий модуль Янга (значения между 450 и 590 ГПа были зарегистрированы в литературе [ 24 ] ) означает, что толстые покрытия имеют тенденцию отслаиваться, делая их гораздо менее долговечными, чем тонкие. Титановые нитридные покрытия также могут быть осаждены путем термического распыления , тогда как оловые порошки производится путем нитридации титана с азотом или аммиаком при 1200 ° C. [ 7 ]
Обваленные керамические объекты могут быть изготовлены путем упаковки порошкообразного металлического титана в желаемую форму, сжав его к правильной плотности, а затем зажигая его в атмосфере чистого азота. Тепло, высвобождаемое химической реакцией между металлом и газом, достаточно, чтобы спешить продукт реакции нитрида в твердый, готовый предмет. См. Порошковая металлургия .
Другие коммерческие варианты
[ редактировать ]
Существует несколько коммерчески используемых вариантов олова, которые были разработаны с 2010 года, такие как нитрид углерода титана (тикн), нитрид алюминия титана, алюминий титанового алюминия (тиалн или Альтин) и титановый алюминиевый нитрид углерода, который может использоваться индивидуально или в чередующихся слоях с оловом Полем Эти покрытия предлагают сходные или превосходные улучшения в коррозионной сопротивлении и твердости, а также дополнительные цвета от светло-серого до почти черного, до темного, радужного , голубовато-фиолетового, в зависимости от точного процесса нанесения. Эти покрытия становятся распространенными на спортивных товарах, особенно на ножах и пистолетах , где они используются как по эстетическим, так и по функциональным причинам.
Как составляющий в стали
[ редактировать ]Нитрид титана также производится намеренно, в некоторых сталях, разумным добавлением титана к сплаву . Олово образуется при очень высоких температурах из-за его очень низкой энтальпии образования и даже зародышеобразования непосредственно из расплава в вторичном изготовлении стали. размером с микрометрового размера Он образует дискретные, кубические частицы на границах зерна и тройной точки, и предотвращает рост зерна , созревая Отвальд до очень высоких гомологичных температур . Нитрид титана имеет самый низкий продукт растворимости любого нитрида или карбида металла в аустените, полезный атрибут в микроаллельных стальных формулах.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а беременный Хейнс, Уильям М., изд. (2016). Справочник по химии и физике CRC (97 -е изд.). CRC Press . п. 4.92. ISBN 9781498754293 .
- ^ Jump up to: а беременный в Lengauer, W.; Binder, S.; Aigner, K.; Ettmayer, P.; Guillou, A.; De Buine, J.; Гробот Г. (1995). «Свойства твердого состояния картонотридов группы IV -B». Журнал сплавов и соединений . 217 : 137–147. doi : 10.1016/0925-8388 (94) 01315-9 .
- ^ Ленгауэр, Уолтер (1992). «Свойства объемного Δ-TIN 1-X, приготовленные диффузией азота в титановый металл». Журнал сплавов и соединений . 186 (2): 293–307. doi : 10.1016/0925-8388 (92) 90016-3 .
- ^ Jump up to: а беременный Wang, Wei-E (1996). «Частичные термодинамические свойства системы Ti-N». Журнал сплавов и соединений . 233 (1–2): 89–95. doi : 10.1016/0925-8388 (96) 80039-9 .
- ^ «Олово (нитрид титана) - поверхностное покрытие» . Получено 2024-02-17 .
- ^ Jump up to: а беременный в Стоун, DS; Йодер, КБ; Sproul, WD (1991). «Твердость и упругой модуль олова на основе техники непрерывного отступления и новой корреляции» . Журнал вакуумной науки и техники а . 9 (4): 2543–2547. Bibcode : 1991jvsta ... 9.2543s . doi : 10.1116/1,577270 .
- ^ Jump up to: а беременный в Pierson, Hugh O., ed. (1996). Справочник по рефрактерным карбидам и нитридам: свойства, характеристики, обработка и применение . Уильям Эндрю. п. 193. ISBN 978-0-8155-1392-6 - через Google Books.
- ^ Тот, Ле (1971). Переходные металлические карбиды и нитриды . Нью -Йорк, Нью -Йорк: Академическая пресса. ISBN 978-0-12-695950-5 .
- ^ Spengler, W.; и др. (1978). «Рамановское рассеяние, сверхпроводимость и плотность фононов состояний стехиометрической и неайхиометрической олова». Физический обзор б . 17 (3): 1095–1101. Bibcode : 1978 Phrvb..17.1095s . doi : 10.1103/physrevb.17.1095 .
- ^ Батурина, Ти; и др. (2007). «Локализованная сверхпроводимость в квантово-критической области перехода сверхпроводниковых инсультативно-инсультативных изделий, управляемых расстройством в тонких пленках». Письма о физическом обзоре . 99 (25): 257003. Arxiv : 0705.1602 . Bibcode : 2007 phrvl..99y7003b . doi : 10.1103/physrevlett.99.257003 . PMID 18233550 . S2CID 518088 .
- ^ «Недавно обнаруженные« суперинсинуляторы »обещают преобразовать исследования материалов, дизайн электроники» . Physorgg.com . 2008-04-07.
- ^ "Осборт" . Mindat.org . Гудзонский институт минералогии . Получено 29 февраля 2016 года .
- ^ «Минеральные данные Osbornite» . База данных минералогии . Дэвид Бартельми. 5 сентября 2012 г. Получено 6 октября 2015 года .
- ^ «Покрытие нитрида титана (олово)» . Поверхностные решения. Июнь 2014 года.
- ^ «Продукты» . Ионфузия хирургического . Получено 2009-06-25 .
- ^ Dziura, Thaddeus G.; Bunday, Benjamin; Смит, Кейси; Хуссейн, Мухаммед М.; Харрис, Расти; Чжан, Сяфанг; Прайс, Джимми М. (2008). «Измерение толщины с высокой k и металлической пленкой на боковых стенках Finfet с использованием Scatterometry». Труды Шпи . Метрология, проверка и управление процессом для микролитографии XXII. 6922 (2): 69220V. Bibcode : 2008spie.6922e..0VD . doi : 10.1117/12,773593 . S2CID 120728898 .
- ^ Мелодии, Матеус А.; Да Силва, Фелипе С.; Камара, Осман; Schön, Claudio G.; Сагас, Хулио С.; Фонтана, Луис С.; и др. (Декабрь 2018). «Энергетическое исследование облучения частиц оловянных покрытий: подходящими ли эти пленки для толерантного толера от несчастных случаев?» (PDF) . Журнал ядерных материалов . 512 : 239–245. Bibcode : 2018jnum..512..239T . doi : 10.1016/j.jnucmat.2018.10.013 .
- ^ Alat, ECE; Мотта, Артур Т.; Комсток, Роберт Дж.; Partezana, Jonna M.; Вулф, Дуглас Э. (сентябрь 2016 г.). «Керамические покрытия многослойного (олово, тилн) для облицовки ядерного топлива» . Журнал ядерных материалов . 478 : 236–244. Bibcode : 2016jnum..478..236a . doi : 10.1016/j.jnucmat.2016.05.021 .
- ^ Birkholz, M.; Ehwald, K.-E.; Wolansky, D.; Костина, я.; Баристиран-Кайнак, C.; Fröhlich, M.; и др. (2010). «Устойчивые к коррозии слои металлов из процесса CMOS для биоэлектронных применений» . Серфинг Пальто. Технологический 204 (12–13): 2055–2059. doi : 10.1016/j.surfcoat.2009.09.075 .
- ^ Hämmerle, Hugo; Кобуч, Карин; Колер, Конрад; Ниш, Уилфрид; Сакс, Гельмут; Стелцл, Мартин (2002). «Биостабильность массивов микрофотодиод для субретинальной имплантации». Биоматериал . 23 (3): 797–804. Doi : 10.1016/s0142-9612 (01) 00185-5 . PMID 11771699 .
- ^ Birkholz, M.; Ehwald, K.-E.; Кулс, П.; Дрюс, Дж.; Fröhlich, M.; Haak, U.; и др. (2011). «Ультратонкие оловянные мембраны как технологическая платформа для интегрированных CMOS MEMS и BioMems устройств» . Усовершенствованные функциональные материалы . 21 (9): 1652–1654. doi : 10.1002/adfm.201002062 .
- ^ «Носить покрытия для промышленных продуктов» . Диффузионные сплавы. Архивировано с оригинала 2013-05-19 . Получено 2013-06-14 .
- ^ «Покрытия» . Группа услуг покрытия . Получено 2009-06-25 .
- ^ Абадиас, Г. (2008). «Стресс и предпочтительная ориентация в PVD -покрытиях на основе нитридов». Серфинг Пальто. Технологический 202 (11): 2223–2235. doi : 10.1016/j.surfcoat.2007.08.029 .
| Базы данных управления авторитетом : национальный |
|---|