碳氮化钛（TiCN）：一种重要的工业材料

碳氮化钛（TiCN）：一种重要的工业材料

碳氮化钛（TiCN）是一种重要的工业材料，广泛应用于航空航天、汽车制造和切削工具等领域。它具有低摩擦系数、高硬度、高强度、良好的耐磨性、耐高温稳定性和耐腐蚀性等特点。本文将详细介绍碳氮化钛的物理化学性质、制备方法及其在不同领域的应用。

基本信息

• 中文名称：碳氮化钛
• 英文名称：Titanium carbonitride
• CAS号：12654-86-3
• MDL号：MFCD01868685
• 分子式：TiCN
• 分子量：121.75
• 熔点：2900℃
• 密度：5.08 g/mL at 25 °C(lit.)
• 硬度（HV）：34GPaI 密度为4.52

物理化学性质

碳氮化钛是一种灰色或灰黑色的粉末，具有六方的晶体结构。它具有以下特点：

• 低内应力
• 高韧性
• 良好的润滑性
• 高硬度
• 耐磨损

这些特性使其适用于需要较低摩擦系数和较高硬度的场合。

技术性能

碳氮化钛制成的金属陶瓷具有以下特点：

• 硬度（HRA）高达91-95，可达到非金属陶瓷刀具的硬度水平
• 良好的耐磨性和抗月牙洼磨损能力
• 高温硬度、高温强度与高温耐磨性优异，在1100-1300℃高温下仍能进行切削
• 切削速度比WC基硬质合金高2-3倍
• 化学稳定性好，抗氧化能力强
• 与硬质合金相比，碳氮化钛金属陶瓷具有更高的耐磨性、更低的氧化程度和更好的抗热震性能，适合用作高速切削刀具材料

应用领域

1. 切削刀具：由于其优异的耐磨性和高温稳定性，碳氮化钛涂层可显著提高刀具寿命。
2. 粉末冶金及金属陶瓷制品：利用其耐磨损、抗酸碱、导电导热性能强等特点。
3. 耐火材料：研究表明，碳氮化钛的存在能明显提高耐火材料的使用性能。
4. 电子设备屏蔽材料：德雷克塞尔大学的研究发现，碳氮化钛在电磁干扰屏蔽方面具有优异性能，可以用来单独涂覆设备内部的组件，以遏制电磁辐射。

制备方法

1. 高温固溶法：传统方法，但存在反应温度过高、能耗大等缺点。
2. TiN和C粉高温氮化法：同样存在反应温度过高、生产效率低等问题。
3. 高温自蔓延反应法：将Ti粉、C粉均匀混合后高温反应。
4. 高能球磨诱导自蔓延合成法：可在室温下进行，克服了传统高温条件。
5. TiO2碳热还原氮化法：产物大小和形貌可控，适用于大规模生产。
6. 氨解法：制备温度较低，但成本较高，工艺复杂。
7. 溶胶-凝胶法：通过液相反应制备超细粉末。
8. 等离子体化学气相沉积法：用于制备Ti(C，N)固态膜。

储存条件

储存于阴凉、干燥、通风良好的专用库房，包装密封。

应用实例

1. Ti(C，N)基金属陶瓷刀具：与WC基硬质合金相比，显示出更高的红硬性、相近的强度、较低的腐蚀性、导热性和摩擦系数。
2. Ti(C，N)基金属陶瓷涂层：作为硬质耐磨涂层，广泛用于切削刀具、钻头和模具等。
3. 复相陶瓷材料：与其他陶瓷复合形成复合材料，如Ti(C，N)／Al2O3、Ti(C，N)／SiC等，可提高材料的强度、断裂韧性和导电性能。
4. 耐火材料：碳氮化钛的加入能明显提高耐火材料的使用性能。
5. 合成Ti(C，N)晶须：德雷克塞尔大学的研究发现，碳氮化钛在电磁干扰屏蔽方面具有优异性能，可以用来单独涂覆设备内部的组件，以遏制电磁辐射。