Нітрид титану
Нітри́д тита́ну () — бінарна хімічна сполука Титану з Нітрогеном із формулою TiN.

Являє собою фазу включення з широкою областю гомогенності, яка становить від 14,8 до 22,6 % Нітрогену (за масою), що можна означити брутто-формулами від Ti10N6 до TiN відповідно.

Фізичні властивості 
Нітрид титану є порошком жовто-коричневого кольору, а у компактному стані набуває золотистого забарвлення.

Має кубічну гранецентровану ґратку типу NaCl, просторова група  Fm3m, з періодом а = 0,4235 нм.
 Питомий електричний опір 40 мкОм∙см.
 Коефіцієнт лінійного теплового розширення 9,35∙10−6 1/K (25...1100 °C)
 Мікротвердість 2050 кгс/мм2 .
 Модуль пружності 25600 кг/мм2.
 Критична температура надпровідного переходу 5,6 K.

Отримання 
Нітрид титану можна отримати одним з таких способів.

 Безпосереднім насиченням титану азотом

Процес азотування проводять зазвичай за температури понад 1100 °C у середовищі азоту або дисоційованого аміаку. Для цього використовують титан у вигляді порошку або стружки. Чистий порошок титану може бути замінений гідридом титану;

 Взаємодією  із сумішшю азоту з воднем

В основі цього способу лежить реакція:

 2TiCl4 + 2NH3 -> 2TiN + 6HCl + Cl2,

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;

 Відновленням оксиду титану вуглецем у середовищі азоту
В основі процесу лежить реакція:

 2TiO2 + 4C + N2 -> 2TiN + 4CO
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;

 Синтезом у плазмі

Як вихідний продукт для отримання нітриду титану може бути використаний  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;

 

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.

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:

 2TiN + 4CO2 -> 2TiO2 + 4CO + N2.

Реагує на холоді з фтором:

 2TiN + 4F2 -> 2TiF4 + N2.

Хлор не взаємодіє з нітридом титану до 270 °C, але реагує з ним при температурах понад 300…400 °C:

 2TiN + 4Cl2 -> 2TiCl4 + N2.

При температурі 1300 °C хлороводень взаємодіє з TiN із утворенням газоподібних хлоридів титану і азоту з воднем.

Взаємодіє з диціаном з утворенням карбонітриду титану:

 10TiN + (CN)2 -> 2Ti5N4C + 2N2.

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. За високих температур взаємодіє з вуглецем з утворенням твердих розчинів — карбонітридів титану.

Застосування 

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  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.

Див. також 
 Вакуумне напилення
 Титанування
 Осборніт

Примітки

Джерела 
 
 

Т
Сполуки титану
Нітри́д тита́ну ( ) — бінарна хімічна сполука Титану з Нітрогеном із формулою TiN . Являє собою фазу включення з широкою областю гомогенності , яка становить від8 до6 % Нітрогену ( за масою ) , що можна означити брутто - формулами від Ti10N6 до TiN відповідно . Фізичні властивості Нітрид титану є порошком жовто - коричневого кольору , а у компактному стані набуває золотистого забарвлення . Має кубічну гранецентровану ґратку типу NaCl , просторова група Fm3m , з періодом а = 4235 нм . Питомий електричний опірмкОм ∙ см . Коефіцієнт лінійного теплового розширення35 ∙ 10 − 6K . . 1100 ° C ) Мікротвердістькгс / мм2 \. Модуль пружностікг/мм2 . Критична температура надпровідного переходу6 K . Отримання Нітрид титану можна отримати одним з таких способів . Безпосереднім насиченням титану азотом Процес азотування проводять зазвичай за температури понад ° C у середовищі азоту або дисоційованого аміаку . Для цього використовують титан у вигляді порошку або стружки . Чистий порошок титану може бути замінений гідридом титану ; Взаємодією із сумішшю азоту з воднем В основі цього способу лежить реакція : iCl4 + H3 ->iN + Cl + Cl2 , яку проводять за температури понад ° C . Також нітрид титану , що утворився можна осадити на вольфрамову нитку нагріту до температури2000 ° C ; Розкладанням амінохлоридів титану TiCl4 ∙ 4NH3 -> TiN + HCl + NH3 Амінохлорид титану розкладається з утворенням проміжного продукту TiNCl , нагрівання якого до температури ° C приводить до утворення вільного від хлору нітриду титану ; Відновленням оксиду титану вуглецем у середовищі азоту В основі процесу лежить реакція : iO2 + + N2 ->iN + O Із збільшенням температури процесу відновлення з ° C до ° 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 ; Синтезом у плазмі Як вихідний продукт для отримання нітриду титану може бути використаний або порошок титану , який подають у струмінь плазми генерованої НВЧ - плазмотроном . Плазмотвірним газом є азот . Порошки отримані цим способом можуть мати розміри віддонм ; 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 . Хімічні властивості Нітрид титану є стійким до окиснення на повітрі до температур800 ° C , за цих же температур згоряє у струмені кисню : iN + 2 - >iO2 + N2 . При нагріванні до ° 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 : iN + O2 - >iO2 + O + N2 . Реагує на холоді з фтором : iN + 2 -> iF4 + N2 . Хлор не взаємодіє з нітридом титану до ° C , але реагує з ним при температурах понад400 ° C : iN + l2 - > iCl4 + N2 . При температурі ° C хлороводень взаємодіє з TiN із утворенням газоподібних хлоридів титану і азоту з воднем . Взаємодіє з диціаном з утворенням карбонітриду титану : iN + ( CN ) 2 - > i5N4C + 2 . 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 . За високих температур взаємодіє з вуглецем з утворенням твердих розчинів — карбонітридів титану . Застосування 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 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 . Див . також Вакуумне напилення Титанування Осборніт Примітки Джерела Т Сполуки титану