窒化チタン

外観

黄褐色の粉末

性質

窒化チタンは、ダイヤモンドに近い硬度を持っています。耐熱性が高く、高融点なので、化学的に安定です。ビッカース硬度は2,400、弾性率は251GPa、融点は2,930°C、熱膨張係数は9.35×10⁻⁶K⁻¹、超伝導転移温度は5.6Kです。

窒化チタンは赤外線を反射します。反射スペクトルは金と似ているため、黄色味があります。基材や表面仕上げにより、別の潤滑されていない窒化チタン表面に対する、窒化チタンの摩擦係数は0.4〜0.9です。

窒化チタン膜を絶対零度近くへ冷却すると、クーパー対絶縁体 (英: Cooper pair insulator) から超絶縁体 (英: Superinsulator) に変化することが明らかになっています。超絶縁体とは低温のある有限の温度で、電気抵抗力が無限大になり、電気を通さなくなる材料のことです。

定義

本品は、次の化学式で表される無機化合物である。

溶解性

王水、硝酸、ふっ化水素酸に微溶、水に不溶。

反応

大気中で窒化チタンは、800℃で酸化します。実験室における試験によると、20℃では化学的に安定していますが、高温の濃酸溶液ではゆっくりと腐食される場合があります。

窒化チタンは、王水・・ふっ化水素酸には微溶ですが、水には不溶です。

解説

窒化チタン，チッカチタン，TiN(61.874)．酸化チタンTiOと炭素の混合粉末を窒素気流中で加熱すると得られる．チタン基材を N2 プラズマ中で処理して表面にNイオンを注入する表面改質法も利用される．青銅色の結晶性固体．立方晶系．融点2950 ℃．密度5.43 g cm－3．高融点・高硬度で化学的に安定である．超硬合金工具のコーティング材として利用される．金色を呈するので，ドアノブ，水道カランなど建築用金具類や装飾品の表面にも用いられる．

用途

有機合成原料。

構造

窒化チタンの化学式はTiN、モル質量は61.874g/molです。窒化チタンの結晶構造は化学量論的におよそ1:1で、塩化ナトリウム型構造を取っています。

配位構造は八面体型です。それに加えて、TiNxのxが0.6〜1.2の化合物も、熱力学的に安定しています。

化粧品の成分用途

滑沢剤

化学的特性

gold or brown powder

物理的性質

Bronze powder. Transition temperature 4.2 K. Corrosion resistant to molten metals such as Al, Pb, Mg, Zn, Cd, and Bi. Corroded by molten Na, Rb, Ti, V, Cr, Mn, Sn, Ni, Cu, Fe, and Co. Dissolved by boiling aqua regia, decomposed by boiling alkalis evolving NH₃.

使用

Titanium nitride (TiN) is an extremely hard ceramic material, often used as a coating on Ti alloys, steel, carbide and Al components to improve the substrate’s surface properties. Applied as a thin coating (less than 5 μm), TiN is used to harden and protect cutting and sliding surfaces, for decorative purposes due to its gold appearance and as a non-toxic exterior for medical implants.

健康ハザード

Inhalation breathing in, oral eating or drinking, or dermal exposure skin contact to some organotin compounds has been shown to cause harmful effects in humans, but the main effect will depend on the particular organotin compound. There have been reports of skin and eye irritation, respiratory irritation, gastrointestinal effects, and neurological problems in humans exposed for a short period of time to high amounts of certain organotin compounds. Some neurological problems have persisted for years after the poisoning occurred. Lethal cases have been reported following ingestion of very high amounts. Studies in animals have shown that certain organotins mainly affect the immune system, but a different type primarily affects the nervous system. Yet, there are some organotins that exhibit very low toxicity. Exposure of pregnant rats and mice to some organotin compounds has reduced fertility and caused stillbirth, but scientists are still not sure whether this occurs only with doses that are also toxic to the mother. Some animal studies also suggest that the reproductive organs of males may be affected

使用用途

窒化チタンは、優れた膜密着性や耐摩耗性、耐腐食性、耐熱性を有しています。そのため、工具や刃具、食品用容器・食品加工器具への一般的なコーティング材として、幅広く用いることが可能です。

窒化チタンの被膜が美しい黄金色であることから、装飾用途としても使われています。具体的には、チャック装飾部品・建築用金具類・装飾品などの表面に使用可能です。

窒化チタンは無毒であるため、医療用のインプラントや外科手術用のメス、骨用ノコギリといったように、医療分野における用途も挙げられます。

工業用途

Titanium nitride, TiN, is a light-brown powderwith a cubic lattice crystal structure. Sinteredbars are extremely hard and brittle, with a hardnessabove Mohs 9 and a melting point of2950°C. It is not attacked by nitric, sulfuric, orhydrochloric acid, and is resistant to oxidationat high temperatures. In recent years, titaniumnitridecoatings have been used to markedlyextend the life of tool-steel cutters and formingtools. The coatings, golden in color, are depositedby chemical or physical vapor deposition.Aluminum nitride, AlN, when molded intoshapes and sintered, forms a dense, nonporousstructure with a hardness of Mohs 6. It resiststhe action of molten iron or silicon to 1704°C,and molten aluminum to 1427°C, but isattacked by oxygen and carbon dioxide at760°C. At least 1% oxygen causes AlN propertiesto deteriorate rapidly.

概要

窒化チタンとは、青銅色の結晶性固体です。

窒化チタンは、と炭素を窒素中で加熱することによって生成されます。また、チタン基材を窒素プラズマ中で処理し、表面に窒素イオンを注入する表面改質法も、窒化チタンの生成方法として利用されることがあります。

窒化チタンは、コーティング材としての利用が多く、その薄膜は赤外線を反射するなど、スペクトルが金 (Au) に似ていることが特徴です。そのため、窒化チタンによるコーティングは、黄色味のある外観となります。

製造方法

最も一般的な窒化チタン膜の製造方法は、物理気相成長 (英: physical vapor deposition) と化学気相成長 (英: chemical vapor deposition) です。物理気相成長とは、薄膜を物質の表面に形成する蒸着法の1つです。

物理的手法によって、気相中で表面に物質の薄膜を堆積します。それに対して、化学気相成長とは、物質の薄膜を形成する堆積法の1つです。石英などで作られた反応管内で熱した基板物質上に、薄膜の成分を含んだ原料ガスを供給することで、化学反応によって基板表面や気相で膜を堆積します。

物理気相成長と化学気相成長は、いずれも高純度のを昇華させて、高エネルギーの真空環境下において、窒素と反応させます。窒化チタン膜は、焼なまし (英: annealing) のような、窒素雰囲気での反応成長でも、チタン製加工物上に生成可能です。