Являє собою фазу включення з широкою областю гомогенності, яка становить від 14,8 до 22,6 % азоту (за масою), що можна означити брутто-формулами від Ti10N6 до TiN відповідно[2].
Фізичні властивості
Нітрид титану є порошком жовто-коричневого кольору, а у компактному стані набуває золотистого забарвлення.
Критична температура надпровідного переходу 5,6 K[4][5].
Отримання
Нітрид титану можна отримати одним з таких способів[2][6].
Безпосереднім насиченням титану азотом
Процес азотування проводять зазвичай за температури понад 1100 °C у середовищі азоту або дисоційованогоаміаку. Для цього використовують титан у вигляді порошку або стружки. Чистий порошок титану може бути замінений гідридом титану;
яку проводять за температури понад 1000 °C. Також нітрид титану, що утворився можна осадити на вольфрамову нитку нагріту до температури 1400–2000 °C;
Розкладанням амінохлоридів титану
TiCl4∙4NH3 -> TiN + HCl + NH3
Амінохлорид титану розкладається з утворенням проміжного продукту TiNCl, нагрівання якого до температури 1000 °C приводить до утворення вільного від хлору нітриду титану;
Із збільшенням температури процесу відновлення з 1000 °C до 1700 °C вихід нітриду титану зростає, але при цьому в продуктах реакції спостерігається поява карбіду титану. Цей спосіб добре придатний під час отримання технічно чистого нітриду титану у великих кількостях, що використовується для виготовлення вогнетривів;
Як вихідний продукт для отримання нітриду титану може бути використаний TiCl4[en] або порошок титану, який подають у струмінь плазми генерованої НВЧ-плазмотроном. Плазмотвірним газом є азот. Порошки отримані цим способом можуть мати розміри від 10 до 100 нм[7];
Суть способу полягає у хімічній реакції титану з азотом, яка відбувається з виділенням тепла. Процес ведуть у герметичному реакторі, у якому процес самовільного горіння ініціюють нагріванням контейнера заповненого азотом і порошком титану[8].
Хімічні властивості
Нітрид титану є стійким до окиснення на повітрі до температур 700–800 °C, за цих же температур згоряє у струмені кисню:
2TiN + 2O2 -> 2TiO2 + N2.
При нагріванні до 1200 °C у середовищі водню або в суміші азоту і водню нітрид титану є інертним.
Нітрид титану стехіометричного складу проявляє стійкість до CO, але повільно реагує з CO2 по реакції:
При кімнатній температурі, стосовно до сірчаної, соляної, фосфорної, перхлоратної кислот, а також до сумішей перхлоратної і соляної, щавлевої і сірчаної кислот, нітрид титану є стійкою сполукою. Киплячі кислоти (соляна, сірчана і перхлоратна) слабо взаємодіють з TiN. На холоді є малостійким проти розчинів гідроксиду натрію. Взаємодіє з азотною кислотою, а у присутності сильних окиснювачів розчиняється плавиковою кислотою.
Нітрид титану є стійким до дії розплавів олова, бісмуту, свинцю, кадмію і цинку. При високій температурі руйнується оксидами заліза (Fe2O3), мангану (MnO), кремнію (SiO2) і склом[2]. За високих температур взаємодіє з вуглецем з утворенням твердих розчинів — карбонітридів титану[9].
Застосування
Свердло із покриттям з TiNДеталі з покриттям з нітриду титану, отриманим вакуумним напиленням з електродуговим нагріванням
Застосовується як жароміцний матеріал, зокрема з нього роблять тиглі для плавлення металів у безкисневій атмосфері.
У металургії ця сполука зустрічається у вигляді відносно великих (одиниці і десятки мікрон) неметалевих включень у сталях, легованих титаном. Такі включення мають на шліфах, як правило, форму квадратів і прямокутників, їх легко ідентифікувати методом металографічного аналізу. Такі великі частинки нітриду титану, які утворюються з розплаву, призводять до погіршення якості литого металу.
Нітрид титану використовується для створення зносостійких покриттів металорізального інструменту, також для зубних протезів жовтого «під золото» кольору.
Використовується в мікроелектроніці як дифузійний бар'єр[en] спільно з мідною металізацією тощо.
Також нітрид титану застосовується у ролі зносостійкого декоративного покриття. Вироби, покриті ним, по зовнішньому вигляду схожі на золото і можуть мати різні відтінки, залежно від співвідношення металу і азоту у сполуці.
Нанесення покриття з нітриду титану проводиться у спеціальних камерах термодифузійним методом. При високій температурі титан і азот реагують з металом поверхневого шару виробу, що покривається і дифундують у саму структуру металу.
↑Stone, D. S.; K. B. Yoder; W. D. Sproul (1991). Hardness and elastic modulus of TiN based on continuous indentation technique and new correlation. Journal of Vacuum Science and Technology A. 9 (4): 2543—2547. doi:10.1116/1.577270.
Проценко І. Ю., Шумакова Н. І. Технологія одержання і застосування плівкових матеріалів. Навчальний посібник. — Суми : Вид-во СумДУ, 2008. — 198 с. — ISBN 978-966-657-162-8.
Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник: Справ. Изд / Под ред. А. А. Потехина и А. И. Ефимова. — 3-е изд., перераб. и доп. — Л. : Химия, 1991. — 432 с. — ISBN 5-7245-0703-X.
