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碳氮化鈦,TICN 

發布時間:2022/05/26
碳氮化鈦,TICN

中文名稱:碳氮化鈦
英文名稱:Titanium carbonitride
CAS: 12654-86-3
MDL: MFCD01868685
分子式: TiCN
分子量: 121.75
熔點: 2900℃
密度: 5.08 g/mL at 25 °C(lit.)
硬度(HV):34GPaI密度為4.52
性質:灰色或灰黑色的粉末,具有六方的晶體結構,具有較低的內應力,較高的韌性,良好的潤滑性,以及高硬度、耐磨損等特性,適用于要求較低的摩擦系數及較高硬度的場合。
技術性能:
1.碳氮化鈦做成的金屬陶瓷具有以下特點:硬度(HRA)高達91-95,即可達到非金屬陶瓷刀具的硬度水平;有很好的耐磨性和理想的抗月牙洼磨損能力,在高速切削鋼料時磨損率極低,其耐磨性比WC基硬質合金高3-4倍;有較高的耐熱性,高溫硬度、高溫強度與高溫耐磨性都比較好,在1100-1300℃高溫下尚能進行切削,一般切削速度比WC基硬質合金高2-3倍;具有較好的化學穩定性和較高的抗氧化能力;與硬質合金相比,碳氮化鈦金屬陶瓷具有很高的耐磨性、氧化程度更低、抗熱震性能更好,適合用作高速切削刀具材料,能夠很好的控制工件的幾何精度和公差、光潔度高、進刀速度高等;加工碳鋼、不銹鋼、微合金鋼、以及球墨鑄鐵的時候能夠取得很好的效果。
2.碳氮化鈦為光澤性的黑色粉末,是一種零維的三元固溶體,TiC和TiN是構成碳氮化鈦的基礎,均具有面心立方點陣的NaCl型結構,同時也可與TaC、NbC等多種過渡金屬碳化物形成固溶體。碳氮化鈦是在單一的TiC晶格中,氮原子(N)占據原來碳原子(C)在點陣中的位置而形成復合化合物,TiCxNy中碳氮原子的比例有兩種比較理想的模式,即TiC0.5N0.5和TiC0.3N0.7。由于TiCN具有TiC和TiN的綜合性能,其硬度高于TiC和TiN,因此是一種較理想的刀具涂層材料。碳氮化鈦使涂層既可提高與基體的結合強度,同時又能具有多種材料的綜合性能。
用途:1)耐磨損、抗酸堿、導電導熱性能強、熱膨脹系數小、具有極好的化學穩定性和抗熱性能。廣泛用于切削刀具、粉末冶金及金屬陶瓷制品。
2)涂層:TiCN 具有比 TiN 更低的摩擦系數和更高的硬度 , 鍍了氮碳化鈦的工具更加適合于切割如不銹鋼 , 鈦合金和鎳合金等堅硬材料,更具耐磨性和高溫穩定性,可顯著提高刀具的壽命。氮化鈦涂層(TiN) 是一種通用型PVD涂層,涂層厚度在2300HV,是工藝成熟和應用普遍的硬質涂層材料。 特征:具有高硬度高耐磨性寄耐氧化特性。 用途:適用于大多數切削刀具和高速鋼切削刀具或成形工具,改善其加工性能。也適合多數成形模具及抗磨損工 件。氮碳化鈦涂層(TiCN),在其中添加的碳元素可提高刀具硬度,并獲得更好的表面潤滑性來降低摩擦系數,是高速鋼 刀具的理想涂層。涂層的厚度在2800HV,阻止裂紋的擴展,減少崩刃。 
3)它兼具了TiC和TiN的優點,除了非常適合高端精密加工和近凈成型加工以外,它在保持TiC特點基礎上,由于N的引入,TiC脆性特點得到明顯改善。在隨著N含量增加,其硬度降低,韌性提高。正是由于其優良的綜合性能,使得碳氮化鈦基陶瓷在切削領域、耐高溫材料、量具、石油和化工、鐘表外觀等領域有了廣泛的應用。
4)耐火材料,非氧化物加入到耐火材料中,會帶來一些優良性能。有研究表明,碳氮化鈦的存在能明顯提高耐火材料的使用性能。
制備方法:
1、高溫固溶法
高溫固溶法是制備Ti(C,N)粉末的傳統方法,通常是由一定量的TiN和TiC粉末均勻混合于1700~1800℃高溫下熱壓固溶形成,或于Ar或N2氣氛中在更高的溫度下通過固溶而獲得。為了抑制晶粒長大,同時提高粉末活性和燒結性能,也可以適當降低固溶溫度。即使降低固溶溫度,高溫固溶法也存在反應溫度過高、能耗大、難以獲得高純粉末、N/C比不易準確控制等缺點。
2、TiN和C粉高溫氮化法
高溫氮化法通常是以TiN粉末和C粉為原料,混合后在高溫和N2或Ar氣氛下進行長時間碳氮化處理,從而獲得Ti(C,N)粉體。Frederic等用納米尺寸的TiN粉末+10wt%的炭黑在Ar氣流中于1430℃保溫3h,固相合成了Ti(C,N)粉末,展現出規則形狀的亞微米顆粒。同樣,高溫氮化法存在反應溫度過高、生產效率低、能耗大、生產成本高等缺點。
3、高溫自蔓延反應法
高溫自蔓延反應法是將Ti粉、C粉均勻混合,預壓成型得到壓坯,然后在含N2的裝置中高溫“點燃”反應,從而得到塊體產物,通過破碎細化可得到Ti(C,N)粉末。
4、高能球磨誘導自蔓延合成法
高能球磨作為一種粉體加工方法,不僅可以均勻混合并活化粉末從而降低燒結反應溫度、促進合金化,還可以在室溫下誘導自蔓延反應合成納米Ti(C,N)粉體。高能球磨誘導自蔓延合成Ti(C,N)技術集粉末混合和反應于一體,克服了傳統的高溫條件,可直接得到Ti(C,N)粉末。
5、TiO2碳熱還原氮化法
碳熱還原氮化法是以TiO2和C粉為原料,在N2中高溫還原合成Ti(C,N)粉末的工藝,碳熱還原法產物的大小及形貌可通過工藝參數控制,廣泛應用于工業大規模生產。
6、氨解法
氨解法通常是在常溫下,將TiCl4溶入適當的溶劑中并加入添加劑,混合均勻后與NH3反應,生成Ti的胺基化合物與添加劑的均勻混合中間體,然后中間體與NH4Cl溶液混合沉淀并除去中間體中的胺,再在真空或Ar氣氛下于1200~1600℃熱解獲得Ti(C,N)粉末。氨解法的特點是制備溫度比傳統制備方法(高溫固溶法,1800℃)低,得到的Ti(C,N)粉末具有比表面積高、粒度小、粒度分布集中和純度高等優點,但成本較高,工藝過程復雜。
儲存條件 :       
儲存注意事項儲存于陰涼、干燥、通風良好的專用庫房,包裝密封。


碳氮化鈦質量證明書_01.jpg

TiCN-XRD-水印_00.jpg

碳氮化鈦-粒度-水印_00.jpg




分線界-相關數據.jpg

              碳氮化鈦粉體制備

 

1高溫固溶法

 高溫固溶法是制備Ti(C,N)粉末的傳統方法,通常是由一定量的TiN和TiC粉末均勻混

合于1700~1800℃高溫下熱壓固溶形成,或于Ar或N2氣氛中在更高的溫度下通過固

溶而獲得。為了抑制晶粒長大,同時提高粉末活性和燒結性能,也可以適當降低固溶

溫度。即使降低固溶溫度,高溫固溶法也存在反應溫度過高、能耗大、難以獲得高純

粉末、N/C比不易準確控制等缺點。

2TiNC粉高溫氮化法

高溫氮化法通常是以TiN粉末和C粉為原料,混合后在高溫和N2或Ar氣氛下進行長時間

碳氮化處理,從而獲得Ti(C,N)粉體。Frederic等用納米尺寸的TiN粉末+10wt%的炭

黑在Ar氣流中于1430℃保溫3h,固相合成了Ti(C,N)粉末,展現出規則形狀的亞微米

顆粒。

同樣,高溫氮化法存在反應溫度過高、生產效率低、能耗大、生產成本高等缺點。

3TiO2碳熱還原氮化法

碳熱還原氮化法是以TiO2和C粉為原料,在N2中高溫還原合成Ti(C,N)粉末的工藝,

碳熱還原法產物的大小及形貌可通過工藝參數控制,廣泛應用于工業大規模生產。

4溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法是采用TiO(OH)2溶膠為Ti源,在液相中將炭黑混合、分散,經過系列反應

得到的凝膠在N2下高溫熱處理得到Ti(C,N)粉末。有研究者以TiO(OH)2溶膠與納米級

炭黑混合后形成的凝膠,經干燥后在N2氣氛下1400~1600℃高溫反應得到Ti(Cx,N1-x),

其中1-x=0.2~0.7,Ti(Cx,N1-x)超細粉末的平均粒徑<100nm。通過提高原料C/Ti比、

提高反應溫度、延長保溫時間、降低氮氣流量等工藝有利于提高x值。

5氨解法

氨解法通常是在常溫下,將TiCl4溶入適當的溶劑中并加入添加劑,混合均勻后與

NH3反應,生成Ti的胺基化合物與添加劑的均勻混合中間體,然后中間體與NH4Cl溶液

混合沉淀并除去中間體中的胺,再在真空或Ar氣氛下于12001600℃熱解獲得Ti(C,N)

粉末。氨解法的特點是制備溫度比傳統制備方法(高溫固溶法,1800℃)低,得到的

Ti(C,N)粉末具有比表面積高、粒度小、粒度分布集中和純度高等優點,但成本較高,

工藝過程復雜。

6高溫自蔓延反應法

 高溫自蔓延反應法是將Ti粉、C粉均勻混合,預壓成型得到壓坯,然后在含N2的裝置

中高溫“點燃”反應,從而得到塊體產物,通過破碎細化可得到Ti(C,N)粉末。

7等離子體化學氣相沉積法

 Ti(C,N)等離子體化學氣相沉積法通常是用等離子體激活TiCl4反應氣體,促進其在基體

表面或近表面空間進行化學反應,生成Ti(C,N)固態膜的技術。后來為了避免TiCl4對反應

容器的腐蝕和對環境造成污染,常采用無氯的含Ti有機物來取代TiCl4。這類含Ti有機物主

包括鈦酸四甲脂、鈦酸四乙脂、四異丙基鈦、鈦酸四丁脂及氨基鈦等。

8高能球磨誘導自蔓延合成法

高能球磨作為一種粉體加工方法,不僅可以均勻混合并活化粉末從而降低燒結反應溫度、

促進合金化,還可以在室溫下誘導自蔓延反應合成納米Ti(C,N)粉體。高能球磨誘導自蔓

延合成Ti(C,N)技術集粉末混合和反應于一體,克服了傳統的高溫條件,可直接得到Ti(C,N)

粉末。

 碳氮化鈦的應用

                                                        碳氮化鈦的應用

 

1Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具

Ti(C,N)基金屬陶瓷是一種非常重要的結構材料,用其制備的刀具與WC基硬質合金相比,

加工中顯示出較高的紅硬性、相近的強度、較低的腐蝕性、導熱性和摩擦系數,具有較

的壽命或在壽命相同的情況下可采用較高的切削速度,被加工工件有較好的表面光潔

度。據了解,日本的Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具材料已占其所有刀具材料市場分額的30%以上。

2Ti(C,N)基金屬陶瓷涂層

Ti(C,N)基金屬陶瓷可以制成耐磨涂層和模具材料等。Ti(C,N)涂層具有優良的力學及

摩擦學性能,

作為硬質耐磨涂層,已廣泛用于切削刀具、鉆頭和模具等,具有廣闊的應用前景。其制

備工藝主要有等離子體化學氣相沉積、中溫化學氣相沉積、傳統的CVD方法等。Ti(C,N)

基金屬陶瓷作模具材料,和模具鋼相比,具有無相變、耐高溫、摩擦系數低和抗粘著性好

的特點,且有一定的強韌性,是一種很有發展潛力的模具材料。

3復相陶瓷材料

Ti(C,N)可以和其他陶瓷復合形成復合材料,如Ti(C,N)/Al2O3、Ti(C,N)/SiC、

Ti(C,N)/Si3N4、

Ti(C,N)/TiB2等復相陶瓷材料,Ti(C,N)作為增強體可以提高材料的強度、斷裂韌性,

還可以提高導電性能。

4耐火材料

非氧化物加入到耐火材料中,會帶來一些優良性能。有研究表明,碳氮化鈦的存在能明顯

提高耐火材料的使用性能。

5合成Ti(C,N)晶須

早在2011年德雷克塞爾大學首先制備了碳化鈦二維材料,并發現這種材料具有許多特殊的

性能,包括高強度、高導電性和分子過濾能力。碳化鈦的特性是,在當時,它能比任何已

知材料更有效地阻擋和吸收電磁干擾,包括目前大多數電子設備中使用的金屬箔。

當德雷克塞爾大學繼續考察該家族的其他成員時,他們發現了碳氮化鈦更優異的特性,使

其成為屏蔽電磁干擾的更有前途的候選材料。這也意味著,碳氮化鈦可以用來單獨涂覆設

備內部的組件,以遏制它們的電磁輻射,即使它們被緊密放置在一起。像蘋果這樣的公司

幾年來一直在嘗試這種遏制策略,但成功率受限于銅箔的厚度。隨著設備設計者努力通過

將設備變得更小、更不顯眼、更集成化來使其無處不在,這種策略很可能成為新的標準。

 


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