氮化钛陶瓷材料在市场上的应用

发布日期:2021/4/20 11:08:29

氮化钛（TiN）作为一种新型的多功能金属陶瓷材料，具有熔点高、硬度大、耐磨、化学稳定性好、导电导热和光性能好等优异的特性。其熔点为2930~2950℃，是热和电的良导体，低温下又有超导性，是制造喷气发动机的材料，随着科学技术的发展和突破在多个领域发挥着不同的作用，其特有的金黄色金属光泽使氮化钛在代金装饰领域也有应用。

（一）在刀具制造上的应用

氮化钛陶瓷涂层具有的金黄色外表，涂覆于刀具之上虽拥有优化外观的好处，但主要作用却并非是为了装饰，其具有的硬度值在韦氏硬度（HV）高达2500以上，涂覆于刀具上的厚度一般为3至5微米，相较于未进行涂层加工的原产品具有更高的耐磨性和耐热性，使用寿命也更长。将这项技术应用在工业生产中的机械设备上，例如在齿轮滚刀上涂覆氮化钛其寿命可延长3至4倍，在切削齿轮时可将切削速度或进给量提高更多，从而减少材料机加工时间。工业发达国家对涂层高速刀具的使用率已占高速刀具的70%，汽车行业中几乎全部都采用涂层高速钢刀来加工齿轮，其滚削速度可达70~150m/㎜。【1】

在我国，2005年由合肥工业大学材料学院刘宁教授主持的国家科技攻关地方重大项目就是研究纳米TiN、AlN改性的碳化钛基金属陶瓷刀具。研究得出，经纳米TiN改性TiC基金属陶瓷刀具具有优良的力学性能，是一种高技术含量和高附加值的新型刀具。同时经过用户4个多月的使用表明，这种刀具在切削加工领域可以部分取代YC8、YT15等硬质合金刀具，刀具寿命提高两倍以上，生产成本与YC8刀具相当或略低。这项研究使我国利用纳米材料制作的新型金属陶瓷刀具得以问世，同时标志着我国特种陶瓷研究又有了新进展。【2】

（二）在生物医学方面的应用

用于治疗先天性心脏病中房间隔缺损、室间隔缺损和动脉导管未闭的封堵器作为介入治疗的植入体，已在临床医学得到广泛的应用。但普通的先心封堵器多为镍钛合金材料制成，含镍高达55%，而过量的镍会对人体造成过敏、中毒，长期作用更有诱发癌症的可能，并且普通镍钛合金封堵器镍钛合金表面纯化膜可被破坏，在复杂的人体机体环境中其内部镍离子释放更会使镍的含量增高，进一步导致封堵器的组织相容性恶化。

相关研究显示，由于氮化钛(TiN)属于生物相容性较好的材料(曾经被用于冠脉支架)，因此血栓源性要远低于镍钛本身。早在2004年，先健科技（深圳）有限公司就针对这一医学困扰研发推出了一种采用高能离子沉淀涂层技术的Cera陶瓷膜封堵器，在原镍钛合金封堵器设计的基础上保持原房间隔封堵器、室间隔封堵器、动脉导管未闭封堵器设计外形，利用等离子技术，在其镍钛合金表面均匀包裹一层氮化钛TiN薄膜，采用离子技术，使金属钛镀层与C、N、O等化合转化为生物涂层，很大程度上提高了封堵器的耐腐蚀性以及生物组织和血液相容性。根据从Cera陶瓷膜封堵器和普通镍钛封堵器的动物实验数据对比可看出：在细胞爬覆生长性能上，Cera陶瓷膜封堵器要远优于普通镍钛封堵器，在提高使先心病缺损的修复的同时显著降低了血栓的风险；血小板黏附及溶血率也远低于普通镍钛封堵器。【3】目前Cera封堵器已获得包括欧盟、印度、巴西、俄罗斯等地区和国家的认可，被应用于数千余例先心病患者。

（三）在汽车前挡贴膜的应用

当今的国内车主在购买汽车后，为爱车贴上隔热保护膜似乎已成为标配，在汽车前挡风玻璃这个主要辐射区贴膜更显得尤为重要，毕竟，汽车贴膜有阻挡紫外线、阻隔部分热量以及防止玻璃突然爆裂导致的伤人、防眩光等情况发生，以及减少车内物品及人员因紫外线辐射造成损伤的作用。目前市面上的汽车隔热膜种类繁多，在材质功能、使用寿命、效果呈现上皆为不同。以纳米氮化钛为基础，磁控溅射技术与金属氮化技术的结合而生产出来的纳米陶瓷膜，不仅经久耐用，不易腐蚀，更有不屏蔽手机信号和散热性好的优势，产品性能很大程度上优于其他种类的汽车隔热膜。最早的纳米陶瓷隔热膜是2001年由德国韶华科技公司研发出的琥珀光学纳米陶瓷隔热膜，应用于航海、建筑和汽车玻璃贴膜。

纳米陶瓷隔热膜与金属隔热膜的区别如下：

1.防晒与隔热效果不同

金属膜散热性较陶瓷膜差，隔热效果一般，反光率较高。陶瓷膜通过太阳谱选择性过滤功能来达到隔热的目的，隔热性远超金属，反光率更低，稳定性极佳。

2.信号通过率不同

金属膜与陶瓷膜一个关键区别在于对信号的阻隔率，金属膜对进口GPS有干扰性，对ETC（不停车电子收费系统）也是，容易影响各种信号的通过，金属膜一般分为单层金属膜和多层金属膜，多层金属膜虽然在隔热性上优于单层金属膜，但是由于其厚度加深，屏蔽信号就更加严重了。陶瓷膜去掉金属特性后则不会屏蔽信号。

3.氧化性保质期不同

金属膜易氧化，保质期稍短，而陶瓷膜的化学性质比较稳定，不易氧化，且能够耐酸耐碱有机溶剂，从而能够有较长的使用年限。一般陶瓷隔热膜的保质期为10年，而金属隔热膜的一般为5年。