氮化钛材料的特性与制备

氮化钛是一种合成陶瓷材料，极坚硬，其硬度接近于金刚石。通常用作钛合金，钢，硬质合金和铝结构的涂层以改善表面性质。作为薄涂层，氮化钛用于硬化、保护切割和滑动表面，也可用于装饰目的，亦作为一种无毒的外部医疗植入物。在大多数应用中的涂层小于5微米。

特性

氮化钛在室温下是化学稳定但会被热浓酸侵蚀，在800℃常压下会被氧化。具有红外线（IR）的反射特性，反射光谱类似于金的光谱，因此呈淡黄色。根据不同的基板材料和基材的表面光洁度，氮化钛的相对摩擦系数约为0.4-0.9（无润滑）。其典型的晶体结构为氯化钠型（元素相对化学计量约为1：1），而TiNx复合物的热力学稳定系数x为0.6-1.2。全球首个超级绝缘材料亦是由冷却到接近绝对零度的氮化钛薄膜制成的，其电阻在此条件下会迅速增加为之前的10万倍。

制备

一种氮化钛材料的制备方法，其特征在于，按以下步骤：

（1）搅拌状态下依次将36%的浓盐酸和钛酸四丁酯加入到无水乙醇/甲苯混合物（体积比1:1）中，持续搅拌3 h左右制得二氧化钛溶胶；其中，钛酸四丁酯: 浓HCl : 无水乙醇/甲苯=7: 5: 50的质量比例；

（2）将脱脂棉浸泡到上述溶液中，静置12h后取出，通过去离子水洗涤数遍，放入40°C干燥箱干燥过夜；干燥后的样品以2 °C /min的升温速率升到约600 °C焙烧6 h除去模板得到二氧化钛纳米管材料；

（3）室温下，在氮气气氛中将上面所得二氧化钛纳米管和金属镁颗粒按照1:4的摩尔比分别置于不锈钢反应釜内左右两端，彼此之间不接触；将反应釜中充氮气2 h除净其中空气后将其密封，放入管式炉中以10 °C /min的升温速率快速升温至1100℃上下保持5 h，后冷却至室温；

（4）将反应产物用1 M稀硝酸水溶液处理10 h除去副产物MgO，得到目标产物。 利用本发明制备的TiN纳米材料具有复杂的三维连通孔道结构、厚度均匀的管壁、较高的比表面积和孔体积，因此这种具有复杂的三维连通孔道结构的TiN纳米材料有望在催化和吸附分离领域有很好的应用前景。

参考文献

CN103864033A