تیتانیوم نیترید

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
Titanium nitride
Brown powdered titanium nitride
The structure of sodium chloride; titanium nitride's structure is similar.
شناساگرها
شماره ثبت سی‌ای‌اس ۲۵۵۸۳-۲۰-۴ ✔Y
خصوصیات
فرمول مولکولی TiN
جرم مولی 61.874 g/mol
شکل ظاهری Coating of golden color
بوی Odorless
چگالی 5.40 g/cm3
دمای ذوب ۲۹۳۰ °C
انحلال‌پذیری در آب None
ساختار
ساختار بلوری سدیم کلرید، cF8
گروه فضایی Fm3m No. 225
Octahedral
به استثنای جایی که اشاره شده‌است در غیر این صورت، داده‌ها برای مواد به وضعیت استانداردشان داده شده‌اند (در 25 °C (۷۷ °F)، ۱۰۰ kPa)
 ✔Y (بررسی) (چیست: ✔Y/N؟)
Infobox references

تیتانیوم نیترید (به انگلیسی: Titanium nitride) که گاهی tinite نیز خوانده می‌شود یک ماده سرامیکی با سختی فوق‌العاده بالاست که معمولاً به عنوان پوشش آلیاژهای تیتانیوم، فولاد، کاربید و اجزای آلومینیومی برای بهبود خواص سطح ماده زیرین مورد استفاده قرار می‌گیرد.[۱]

تیتانیوم نیترید به صورت یک پوشش نازک، برای سختکاری ابزارهای برشی، برای کاربردهای تزئیناتی (به دلیل ظاهر طلایی زیبای آن) و به عنوان یک پوشش غیر سمی برای ایمپلنت‌ها یا درون‌کاشت‌های پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. ضخامت این پوشش در اغلب موارد کمتر از ۵ میکرومتر است.

خواص[ویرایش]

پوشش تیتانیوم نیترید بر روی یک مته سوراخکاری

عدد سختی ویکرز تیتانیوم نیترید در حدود ۱۸۰۰ تا ۲۱۰۰، مدول الاستیسیته آن ۲۵۱ گیگاپاسکال، ضریب انبساط گرمایی آن 9.35x10-6 k-1 و دمای تبدیل ابررسانای آن ۵٫۶ کلوین است.[۲] تیتانیوم نیترید در دمای ۸۰۰ درجه سلسیوس در اتمسفر معمولی اکسید می‌شود. در دمای ۲۰ درجه سلسیوس به صورت شیمیایی پایدار است. این ماده در دماهای کرایوژنیک خاصیت ابررسانایی پیدا می‌کند و دمای بحرانی آن برای کریستال تکی برابر ۶ کلوین می‌باشد.[۳] با سرد کردن لایه نازکی از این ماده تا نزدیک صفر مطلق، مقاومت به‌طور ناگهانی با ضریب ۱۰۰۰۰۰ افزایش می‌باید که اینکار باعث تولید اولین ابرعایق شناخته شده گردید.[۴]

کاربردها[ویرایش]

یکی از کربردهای شناخته شده تیتانیوم نیترید جهت پوشش دهی مته های دریل و تیغچه های فرزکاری برای حفظ لبه های تیز و جلوگیری از خوردگی است. این پوشش معمولاً باعث افزایش 2 تا 10 برابری عمر ابزار می شود.[۵]

تولید[ویرایش]

شناخته شده ترین روش اجرای پوشش تیتانیوم نیترید استفاده از فرایند انباشت بخار فیزیکی (PVD) و انباشت بخار شیمیایی (CVD) است.[۶] در هر دو روش تیتانیوم تصعید شده و در یک محیط خلاء و با انرژی بالا با نیتروژن واکنش داده می شود.

برای پوشش دهی TiN بر روی سطح نمونه ها بعد از آماده سازی و صیقلی نمودن سطح نمونه‌ها، آنها را درون محفظه دستگاه PACVD قرار می دهند. با اعمال خلاء درون محفظه گازهای اضافی از درون منبع حذف می شود. سپس گازهای نیتروژن، هیدروژن و آرگون با مقدار معین وارد محفظه شده و با اعمال اختلاف پتانسیلی در حدود 600 ولت، بر روی سطح نمونه ها پلاسما تشکیل می شود. در این شرایط این گازها به صورت یونیزه در آمده و به سطح نمونه که کاتد می باشد برخورد می کنند. در اثر برخورد این ذرات با سطح نمونه، هم آلودگی‌های سطح نمونه‌ها با استفاده از روش کندو پاش از بین رفته و هم دمای نمونه افزایش می یابد تا نمونه به دمای مورد نظر برسد. بعد از رسیدن نمونه به دمای انجام واکنش به مدت یک ساعت همین گازها به درون محفظه وارد می شوند تا سطح نمونه در اثر برخورد یون‌های نیتروژن، نیتروژن‌دهی شود. با اتمام فرایند نیتروژن‌دهی مقدار گازهای نیتروژن و هیدروژن در ترکیب گاز کم شده و به جای آن گاز تیتانیوم تتراکلرید (TiCl4) که تامین کننده تیتانیم مورد نیاز می باشد به درون محفظه وارد می شود. این گاز درون پلاسما یونیزه شده و با یون‌های نیتروژن درون محفظه واکنش می دهد و بر روی سطح نمونه رسوب می کند. با مجتمع شدن این ذرات سطح نمونه از ماده TiN پوشیده شده و لایه مورد نظر ایجاد می شود.[۷]

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  1. "Titanium nitride". Wikipedia. 2019-04-13.
  2. Stone, D. S.; Yoder, K. B.; Sproul, W. D. (1991-07-01). "Hardness and elastic modulus of TiN based on continuous indentation technique and new correlation". Journal of Vacuum Science & Technology A. 9 (4): 2543–2547. doi:10.1116/1.577270. ISSN 0734-2101.
  3. Spengler, W.; Kaiser, R.; Christensen, A. N.; Müller-Vogt, G. (1978-02-01). "Raman scattering, superconductivity, and phonon density of states of stoichiometric and nonstoichiometric TiN". Physical Review B. 17 (3): 1095–1101. doi:10.1103/PhysRevB.17.1095.
  4. «Newly discovered 'superinsulators' promise to transform materials research, electronics design». phys.org (به انگلیسی). دریافت‌شده در ۲۰۱۹-۰۵-۲۰.
  5. «TIN (TITANIUM NITRIDE)». Surface Solutions (به انگلیسی). دریافت‌شده در ۲۰۱۹-۰۵-۲۰.
  6. «Diffusion Alloys Ltd | Wear Coatings for Industrial Products». web.archive.org. ۲۰۱۳-۰۵-۱۹. دریافت‌شده در ۲۰۱۹-۰۵-۲۰.
  7. «پوشش نانوساختار نیترید تیتانیوم (TiN)؛ سنتز، خواص و کاربردها :: سـخـت آرا (خدمات پوشش PVD)». hardcoating.ir. بایگانی‌شده از اصلی در ۱ مه ۲۰۱۹. دریافت‌شده در ۲۰۱۹-۰۵-۲۰.