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氮化钛

氮化钛
钛的氮化物很多,如TiN、TiN2、Ti2N、Ti3N、Ti4N、Ti3N4、Ti3N5、Ti5N6等,但其中比较重要的要算TiN。

它们相互能形成一系列连续固溶体。

制取方法
TiN在Ti—N体系中形成固溶体,它在TiN0.37~TiN1.2组成范围内稳定。

在800~1400℃下钛可直接与N2反应生成TiN,如粉末钛或熔化钛在过量的氮气中燃烧便生成TiN:
2Ti十N2=2TiN (2—171)
TiO2和碳的混合物在氮气流中加热至高温也生成TiN:
2TiO2十4C十N2=2TiN十4CO (2—172)
氮和氢的混合物可在高温金属表面上(如1450℃钨丝上)与TiCl4反应,在该金属表面上沉积TiN层:
2TiCl2十N2十4H2=2TiN十8HCl (2—173)
在铁表面上沉积TiN层可不需用氢:
2TiCl4十N2十4Fe=2TiN十4FeCl2 (2—174)
物理性质
TiN的外形象金属。

它的颜色随其组成而变化,可为亮黄色至黄铜色。

它的晶体构造为立方晶系,品格常数为a=0.4235nm。

25℃时密度为 5.2lg/cm3。

它的硬度很高,莫氏硬度为9,显微硬度为2.12GPa。

熔点为2930℃。

TiN具有
很好的导电性能,20℃时比电导为8.7S/m。

随温度升高,它的导电性降低,
表现为金属性质。

在1.2K时,TiN具有超导性。

在电解质表面上镀上一TiN薄层,便成为半导体。

化学性质
在常温下TiN是相当稳定的。

在真空中加热时它可失去部分氮,生成含氮量比TiN少的升华物,此升华物可重新吸氮。

TiN不与氢反应,可在氧中或空气中燃烧生成TiO2:
2TiN十2O2=2TiO2十N2 (2—175)
在高于1200℃时,上述反应已有足够的反应速度,但随着时间的延长出现的白色二氧化钛消失表面变黑,这是因为在TiN—TiO系中形成了含氧无限固溶体。

TiN在加热时可与氯反应生成氯化物:
2TiN十4Cl2=2 TiCl4十N2 (2—l 76)
TiN不溶于水,在加热时与水蒸气反应生成氨和氢:
2TiN十4H2O=2 TiO2十2NH3十H2 (2—177)
TiN在稀酸中(除硝酸)是相当稳定的,但存在氧化剂时可溶于盐酸。

TiN与加热的浓硫酸反应:
2TiN十6H2SO4=2TiOSO4十4SO2十N2十6H2O (2—178)
在1300℃下TiN与氯化氢反应生成TiCl4。

TiN与碱反应析出氨。

TiN不与CO反应,可慢慢与CO2反应生成TiO2:
2TiN十4CO2=2TiO2十N2十4CO (2—179)
钛丝用途
TiN硬度大,耐磨耐蚀性好,外观呈金黄色,样色很美。

在涂镀工业上常用它代替装饰用镀金和硬质合金表面强化镀层。

也可直接应用作硬质合金材料和制造熔融金属的坩埚。

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