Titanyum Nitrür Tozu

Titanyum nitrür (TiN) tozu, çeşitli endüstrilerde kullanıma uygun hale getiren benzersiz özelliklere sahip son derece sert bir seramik malzemedir. Bu makale aşağıdakilere genel bir bakış sunmaktadır titanyum nitrür tozubileşimi, temel özellikleri, üretim süreci ve uygulamaları da dahil olmak üzere.

Titanyum Nitrür Tozuna Genel Bakış

Titanyum nitrür veya TiN, titanyum ve nitrojen atomlarından oluşan altın sarısı seramik bir bileşiktir. Kimyasal formülü TiN'dir.

Titanyum nitrür tozunun bazı temel özellikleri şunlardır:

• Aşırı sertlik - neredeyse elmas kadar sert
• Mükemmel aşınma ve korozyon direnci
• Yüksek termal kararlılık
• Metalik altın rengi
• Elektriksel olarak iletken
• Biyouyumlu ve toksik olmayan

Benzersiz özellik kombinasyonu, TiN tozunun diğerlerinin yanı sıra aletler, otomotiv bileşenleri, türbinler ve tıbbi implantlar genelinde yüzey kaplama uygulamaları için kullanılmasıyla sonuçlanmıştır.

Aşağıdaki bölümlerde titanyum nitrür tozunun bileşimi, özellikleri, üretimi ve kullanım alanları hakkında daha fazla ayrıntı verilmektedir.

Bileşimi ve Özellikleri Titanyum Nitrür Tozu

Mülkiyet	Açıklama	Birimler
Kimyasal Formül	TiN
Kimyasal Bileşim (Tipik)	– Titanium (Ti): Min. 77.0 wt%<br> – Nitrogen (N): Min. 20.0 wt%<br> – Carbon (C): Max. 0.1 wt%	wt%
Kristal Yapı	NaCl-type face-centered cubic
Parçacık Boyutu	Uygulamaya bağlı olarak değişir<br> – Micronized powders: < 10 microns<br> – Submicron powders: < 1 micron<br> – Nanopowders: < 100 nanometers	microns, nanometers
Görünüş	Gold-colored
Erime Noktası	~2930°C	°C
Yoğunluk	5.22 – 5.44 g/cm³	g/cm³
Sertlik	Vickers hardness: 1800-2100 HV<br> Mohs hardness: 8-9	HV
Elastisite Modülü	550 ± 50 GPa	GPa
Termal Genleşme Katsayısı	9.35 × 10⁻⁶ K⁻¹	K⁻¹
Elektriksel İletkenlik	Metallic conductor (conductivity varies with stoichiometry and impurities)	S/m
Termal İletkenlik	High (15-30 W/mK)	W/mK
Superconducting Transition Temperature	Up to 6.0 K (single crystals)	K
Kimyasal Stabilite	Excellent resistance to most chemicals at room temperature<br> Reacts with oxygen at high temperatures (> 800°C)
Biyouyumluluk	Generally considered biocompatible

Titanyum Nitrür Tozu Üretim Süreci

Süreç	Açıklama	Avantajlar	Dezavantajlar
Nitridation	This is the most widely used method for producing titanium nitride powder. It involves reacting titanium feedstock with nitrogen gas or ammonia at high temperatures (typically above 900°C). The reaction can be carried out in various reactor configurations, including fluidized beds, rotating reactors, and plasma reactors.	– Established and reliable technology – Produces high-purity TiN powder – Offers good control over powder morphology	– Requires high temperatures, leading to increased energy consumption – Particle size and size distribution can be difficult to control at high temperatures – Potential for oxygen contamination if not carefully controlled
Carbothermal Reduction	This method involves heating a mixture of titanium dioxide (TiO2), carbon (graphite or charcoal), and nitrogen gas to high temperatures (around 1300°C). The carbon acts as a reducing agent, converting the titanium dioxide to titanium nitride.	– Offers a potentially lower cost alternative to nitridation – Can be used to produce titanium nitride with specific carbonitride compositions	– More complex reaction chemistry compared to nitridation – Strict control over the starting material ratio and reaction conditions is crucial to achieve desired product purity – May require additional post-processing steps to remove impurities
Reactive Ball Milling	This is a high-energy mechanochemical process where titanium powder and a nitrogen source (often urea) are milled together in a high-energy ball mill. The mechanical force from the milling balls fractures the particles and promotes the solid-state reaction between titanium and nitrogen, forming titanium nitride at relatively low temperatures (around room temperature).	– Suitable for producing nano-sized titanium nitride powder – Lower energy consumption compared to high-temperature methods – Can be a scalable process	– Relatively new technology with ongoing research and development – May introduce contamination from the milling media – Achieving uniform particle size distribution can be challenging
Kimyasal Buhar Biriktirme (CVD)	This method involves introducing precursor gases containing titanium and nitrogen into a heated reaction chamber. The precursor gases decompose and react to form titanium nitride particles, which are then deposited on a substrate or collected as powder.	– Highly versatile method capable of producing powders with tailored properties – Enables precise control over particle size and morphology	– Complex and expensive process equipment required – Limited production capacity compared to other methods – Safety considerations due to the use of potentially hazardous precursor gases
Fiziksel Buhar Biriktirme (PVD)	Similar to CVD, PVD involves vaporizing titanium in a vacuum environment and reacting it with nitrogen gas. The vaporized titanium can be generated using various techniques such as sputtering, cathodic arc deposition, or electron beam evaporation.	– Suitable for producing high-purity and well-defined titanium nitride thin films or powders – Offers good control over film thickness and composition	– Highly specialized and expensive equipment – Limited production rate for powder production – Line-of-sight deposition, making it unsuitable for complex geometries

Titanyum Nitrür Tozunun Uygulamaları ve Kullanım Alanları

Kategori	Uygulama	Kaldıraçlı Mülkler	Detaylar
Kesici Takımlar	Drill bits, milling cutters, end mills	High hardness, wear resistance, low friction coefficient	Titanium nitride (TiN) powder is a popular choice for coating cutting tools due to its exceptional hardness, which extends tool life by up to three times compared to uncoated tools. The low friction coefficient of TiN coatings reduces friction between the tool and workpiece, minimizing heat generation and improving cutting efficiency. Additionally, TiN’s wear resistance prevents chipping and degradation of the cutting edge, maintaining sharp cuts for longer.
Tıbbi Cihazlar	Scalpel blades, bone saws, orthopedic implants	Biocompatibility, wear resistance, sharpness	In the medical field, TiN powder finds application in coating surgical instruments like scalpels and bone saws. Its biocompatible nature makes it safe for implantation within the body. Furthermore, the wear resistance of TiN coatings ensures that these instruments retain their sharpness during procedures, leading to cleaner cuts and improved patient outcomes. TiN is also used to coat some orthopedic implants, such as hip replacements, due to its ability to enhance wear resistance and reduce friction at the implant-bone interface, promoting long-term implant stability.
Decorative Coatings	Costume jewelry, automotive trim	Attractive golden color, high durability	Beyond its functional applications, TiN powder is valued for its aesthetic properties. The metallic gold color of TiN coatings makes them ideal for decorative purposes in costume jewelry and automotive trim. Unlike real gold plating, TiN offers superior durability and scratch resistance, maintaining its shine for extended periods. This combination of aesthetics and functionality makes TiN powder an attractive choice for manufacturers seeking a balance between style and longevity.
Tüketim Malları	Plumbing fixtures, doorknobs	Corrosion resistance, wear resistance, aesthetic appeal	The beneficial properties of TiN extend to everyday consumer goods. A common application is in the coating of plumbing fixtures and doorknobs. The corrosion resistance of TiN protects these items from tarnishing and wear, particularly in areas exposed to moisture. Additionally, the wear resistance of TiN coatings prevents scratches and maintains the smooth operation of faucets and door handles. In some cases, a top layer of TiN is used over a nickel or chromium base coat, providing a combination of durability, corrosion resistance, and a touch of golden elegance.
Semiconductors	Diffusion barriers, electrical conductors	High thermal stability, good electrical conductivity	Within the realm of semiconductors, TiN powder plays a crucial role in the fabrication process. Thin films of TiN are deposited onto silicon wafers to act as diffusion barriers, preventing unwanted elements from migrating through the layers and disrupting the electrical properties of the device. TiN also exhibits good electrical conductivity, making it suitable for use as electrical contacts within integrated circuits.
Gelişen Uygulamalar	Solar cells, architectural coatings	Broad spectrum of properties	Research and development efforts are exploring new applications for TiN powder. In the field of solar energy, TiN coatings are being investigated for their potential to improve the efficiency of solar cells. The ability of TiN to absorb certain wavelengths of light while reflecting others could lead to the development of more efficient light-harvesting devices. Additionally, TiN’s combination of properties, including hardness, corrosion resistance, and a self-lubricating effect, makes it a promising candidate for architectural coatings on buildings. These coatings could offer protection against harsh weather conditions, improve self-cleaning properties, and potentially enhance the aesthetic appeal of structures.

Özellikleri Titanyum Nitrür Tozu

Titanyum nitrür tozu ürünleri farklı saflık seviyelerinde, parçacık boyutu dağılımında, morfolojilerde mevcuttur ve uygulama gereksinimlerine göre özelleştirilebilir.

Bazı önemli TiN toz özellikleri:

Şartname	Detaylar
Saflık	99% titanyum nitrür içeriği çoğu uygulama için minimumdur. Ayrıca kritik olmayan kullanımlar için daha düşük saflıklar ~92%-95%.
Parçacık şekli morfolojisi	Küresel, aglomere ve açısal olarak çeşitlilik gösterir
Partikül boyutu (d50) dağılımı	Alet/bileşen kaplamaları için nano ölçekli 30-50 nm'den mikron sınıfı 2-5 μm'ye kadar çeşitlilik gösterir. Mikron altı sınıf ~0,5 μm de yaygındır.
Spesifik yüzey alanı (SSA)	Mikron kaliteler için düşük 5 m2/g'dan nano toz için 15-30 m2/g'a kadar
Renk	Metalik parlak altın
Erime noktası	2950°C
Mohs sertliği	8.5
Kristal yapı	Kübik - NaCl tipi
Yoğunluk	5,22 g/cm3
Oksijen/karbon içeriği	1% altında oksijen içeriği yüksek saflık için önemlidir

Tablo 1: Titanyum nitrür teknik özellikleri özeti

Bu toz özellikleri, özel üretim sırasında hedef endüstri uygulamalarına göre değiştirilebilir.

Küresel Tedarikçiler ve Fiyatlandırma

Bölge	Başlıca Tedarikçiler	Ürün	Fiyat (USD/kg)	Önemli Hususlar
Kuzey Amerika	American Elements, US Titanium Mills, Nanoventure	Micronized TiN (>1 micron)	100-200	Offers good balance between cost and performance for wear-resistant coatings
	Alfa Aesar, ATI Specialty Materials	Nanometerized TiN (<100 nm)	400-800	High surface area ideal for electronics and catalysis applications
	Praxair Yüzey Teknolojileri	Feedstock for CVD (Chemical Vapor Deposition)	Price upon request	Consistent quality and particle size crucial for thin film coatings
Avrupa	H.C. Starck, Sandvik Hyperion, Plansee	General purpose TiN	80-150	Wide availability from reputable European producers
	Evonik Industries, Arkema	High purity TiN (99.9%+)	250-500	Demanded by aerospace and medical device industries
	NanoMaterials	Ultrafine TiN (<50 nm)	800-1200	Leading supplier for research and development purposes
Asya Pasifik	China National Bluestar (CNB), Fangda Carbon New Material, Ningbo Tianxiang	Commercial grade TiN	50-80	Cost-effective option for bulk applications
	Toda Metal, Mitsui Mining & Smelting	High performance TiN	120-200	Known for quality and consistency in Asia
	Kojundo Chemical Laboratory	Specialized TiN grades (e.g., doped)	Price upon request	Expertise in custom-engineered powders for specific needs

Titanyum Nitrür ve Diğer Sert Kaplamaların Karşılaştırılması

Özellik Karşılaştırması

Özellikler	Titanyum Nitrür	Krom Nitrür	Alüminyum Titanyum Nitrür	Elmas Benzeri Karbon	Titanyum Karbür
Sertlik (HV)	2000 – 2400	1400 – 1800	3200 – 3400	1000 – 1500	2800 – 3400
Güç	Mükemmel	İyi	Üstün	Çok iyi	Son Derece Yüksek
Aşınma Direnci	Son Derece Yüksek	Orta düzeyde	Olağanüstü Yüksek	Orta düzeyde	Olağanüstü Yüksek
Korozyon Direnci	Yüksek	Orta düzeyde	Çok Yüksek	Düşük	Yüksek
Oksidasyon Direnci	Orta düzeyde	İyi	Mükemmel	İyi	İyi
Sürtünme Katsayısı	0.5	0.35 – 0.6	0.4	0.1 – 0.2	0.25 – 0.35
Renk	Parlak altın	Gri	Koyu Mor	Grafit gri	Mavi-gri
Maks. Çalışma Sıcaklığı (°C)	500	750	800	250	600
Maliyet	Orta düzeyde	Düşük	Yüksek	Yüksek	Yüksek
Toksisite	Toksik olmayan	Cr, Co içerir	Toksik olmayan	Toksik olmayan	Toksik olmayan

Titanyum Nitrürün Avantajları

Titanyum nitrür kaplamaların diğer alternatiflere göre seçilmesinin bazı faydaları ve avantajları:

• TiC ile karşılaştırılabilir derecelendirmeye sahip aşınma koruması için aşırı sertlik
• Çoğu üretim ortamı için uygun korozyon direnci
• 500°C'ye kadar sertliği koruyan yüksek sıcaklık kararlılığı
• Düşük toksisite - CrN'den farklı olarak tıbbi cihazlar/implantlar için güvenli
• Titanyum alaşımı ve paslanmaz çelik alt tabakaya mükemmel yapışma
• Biyo-inert biyouyumluluk onayını kolaylaştırıyor
• Nötr sürtünme katsayısı parçaların aşınmasını önler
• TiC kaplamalara kıyasla daha yüksek oksidasyon direnci

Titanyum Nitrürün Sınırlamaları

Çok yönlü bir performansa sahip olmasına rağmen, titanyum nitrürün bazı sınırlamaları vardır:

• 800°C'nin üzerinde kararlı olan AlTiN'e göre daha düşük sıcaklık kararlılığı
• DLC'ye kıyasla nispeten daha düşük tokluk ve şok direnci
• Daha yüksek kaplama gerilimleri zamanla çatlama/ pullanmaya neden olabilir
• Spontan oksidasyon nedeniyle asidik ortamlar için önerilmez
• Basit Cr veya WC kaplamalara kıyasla daha pahalı
• Metal işleme süreçleri metalik kalıntıları TiN kaplamanın üzerine bulaştırabilir

Titanyum Nitrür Yerine Alternatifler Ne Zaman Seçilmelidir?

Diğer kaplamalar TiN'den daha uygun olabilir:

• Çalışma sıcaklıkları 500°C'yi aşar (AlTiN veya krom nitrür kullanın)
• Gerekli darbe yüklerine karşı üstün dayanıklılık (DLC'yi göz önünde bulundurun)
• RF sinyallerinin geçişi gereklidir, örn. havacılık/telekom (DLC daha iyi seçenek)
• Halojen asitlere veya diğer çok aşındırıcı ortamlara maruz kalma (DLC'yi seçin)

Titanyum Nitrür Kaplamanın Artıları ve Eksileri

Özellik	Artıları	Eksiler
Aşınma Direnci	* Significantly extends tool life by reducing friction and wear. Cutting tools, drill bits, and other implements last longer, reducing replacement costs and downtime. * Offers superior protection against abrasive materials, making it ideal for machining composites, wood, and certain metals.	* Brittleness: While hard, TiN can chip or flake if subjected to high impact or excessive force. May not be suitable for heavy-duty percussion applications. * Kalınlık
Friction Reduction	* Lowers friction coefficient, leading to smoother cutting operations. This reduces heat generation, which can damage tools and degrade workpiece quality. * Minimizes energy consumption during machining, resulting in cost savings and a more environmentally friendly process.	* Performance may vary depending on the material being machined. Lubrication might still be necessary for some applications.
Korozyon Direnci	* TiN acts as a barrier against corrosion, protecting the underlying metal from rust and other environmental factors. * Maintains the integrity and functionality of tools and components in harsh environments.	* Not as effective against certain chemicals or highly corrosive substances. * Other coatings might be better suited for extreme corrosion resistance needs.
Termal Kararlılık	* Performs well at elevated temperatures, making it suitable for high-speed machining applications. * Reduces heat-related tool wear and maintains dimensional accuracy of machined parts.	* May not be the best choice for extremely high-temperature environments where other advanced coatings excel.
Estetik	* Distinctive golden or yellowish hue often associated with high-performance tools. * Enhances the visual appeal of certain products.	* Cosmetic benefit is secondary to the functional advantages. * Color can vary slightly depending on the deposition process.
Maliyet	* Relatively affordable compared to some other advanced coating technologies. * Provides significant performance improvement at a reasonable cost point.	* Initial coating cost needs to be weighed against the benefits of extended tool life and improved machining efficiency.
Çevresel Etki	* Reduces waste by extending tool lifespan, requiring fewer replacements. * Contributes to a more sustainable machining process.	* The coating process itself might involve the use of specific chemicals, requiring proper disposal procedures.

SSS

S: Titanyum nitrür neden altın rengindedir?

C: Altın rengi, plazma veya buharla biriktirilmiş TiN kaplamalara ayırt edici altın rengini veren titanyum nitrür kristal yapısının ışık emme/yansıtma özelliklerinden kaynaklanır.

S: Titanyum nitrür zehirli midir?

C: Hayır, titanyum nitrür seramik tamamen toksik olmayan ve biyolojik olarak inert olarak kabul edilir, bu da onu ISO 10993 biyouyumluluk standartlarına göre biyomedikal implantlarda kullanım için güvenli kılar.

S: Hangi kalınlıkta TiN kaplama kullanılmalıdır?

C: Tipik kalınlık aralığı 1-5 mikrondur. Daha ince 0,5-1 mikron kaplamalar aşınmaya karşı koruma sağlar. 2-5 mikron filmler daha uzun hizmet için korozyon ve erozyon direnci sunar.

S: TiN kaplama sürtünmeyi artırır mı yoksa azaltır mı?

C: TiN sürtünme katsayısını çeliğe kıyasla önemli ölçüde azaltır. Kesin değerler, karşı malzemeye bağlı olarak 0,4 ila 0,9 arasında değişir, böylece genel sürtünmeyi azaltır, ancak safra sıkışmasını önler.

S: Titanyum nitrür filmlerin tipik sertliği nedir?

C: Sertlik değerleri, PVD veya CVD teknikleri kullanılarak ince filmler halinde biriktirildiğinde 2000-2500 Vickers arasında değişir ve ticari kaplamalar için elde edilebilecek en yüksek değerler arasındadır.

S: Aqua titanyum nitrür nedir?

C: Aqua TiN, 700 dereceye kadar mükemmel tribolojik performansın yanı sıra su mavisi renkte bir yüzey sağlayan 8-20% silikon ile alaşımlanmış bir titanyum karbonitrür kaplamayı ifade eder. C sıcaklıklara kadar mükemmel tribolojik performans sağlar.

S: TiN kaplama safra ve yapışma aşınmasını önler mi?

C: Evet, titanyum nitrür şekillendirme/delme/çekme gibi uygulamalarda yaygın olarak kullanılır ve sınır yağlama koşulları altında bile mükemmel bir anti-galling ve anti-seizure kaplama görevi görür.

S: Titanyum nitrür kaplamalar hangi sektörlerde kullanılır?

C: Otomotiv, havacılık, tekstil, ambalaj, elektronik, çelik, petrokimya, medikal vb. dahil olmak üzere tüm büyük üretim sektörleri, kritik parçaların ve takımların performansını ve güvenilirliğini artırmak için TiN filmleri kullanır.

daha fazla 3D baskı süreci öğrenin