Language
Country/Area
No result found
太空中的隱藏寶藏：鈦氮化物為何在航空航天中無可替代？
鈦氮化物（TiN）是一種極為堅硬的陶瓷材料，常用作鈦合金、鋼鐵、碳化物和鋁部件的物理氣相沉積（PVD）塗層，以改善基材的表面特性。應用於薄塗層時，TiN用於加硬和保護切削和滑動表面，並因其金色外觀而具有裝飾目的，還用作醫療植入物的無毒外殼。通常，TiN的塗層厚度不超過5微米。
TiN擁有1800-2100的維氏硬度，以及31±4 GPa的硬度，典型的TiN形成擁有NaCl類型的晶體結構。這種材料的高耐磨性和耐腐蝕性使其在航空航天領域的應用變得無可替代。
在許多應用中，TiN的耐高溫特性也非常重要，其在800°C的正常環境中會氧化。實驗室測試表明，TiN在20°C時化學穩定，但可能會受到高溫濃酸溶液的慢性攻擊。由於其美觀的金色外觀，許多消費性產品如珠寶和汽車裝飾配件也廣泛使用TiN塗層。
航空航天領域的應用
在航空航天和軍事應用中，TiN被用來保護許多運動部件，例如自行車和摩托車的懸掛叉，還有無人飛行器的移動部件等。TiN的耐磨性能意味著在這些應用中可以顯著延長部件的壽命。同時，作為氣動和液壓元件的塗層，TiN可以顯著減少摩擦力。
為了確保設備在極端環境下的性能，TiN薄膜的摩擦係數範圍從0.4到0.9不等，這使其在航空航天領域成為最佳選擇之一。
TiN的優越性不僅體現在硬度和耐磨性上，它也是極為光滑，這使得清除碳堆積變得更容易，這在軍事武器如步槍和半自動火器中尤為重要。這些特性使得TiN在許多高要求的應用場景中表現出色。
醫療用途的潛力
隨著生物醫學工程的發展，TiN也開始進入醫療器械的領域。其非毒性且符合FDA準則的特性使得它被用於手術刀片和鋼鋸刀片等重要醫療器械中。在某些情況下，TiN還能提升植入假體的抗腐蝕性，非常適合在人體內使用。
TiN層因其高生物穩定性，也在生物電子學應用中顯示出潛在用途，比如智能植入物和體內生物感測器。
此外，TiN在微電子學中的應用也越來越受到重視，它們作為導電連接，防止金屬向矽的擴散。近年來，TiN已經在45nm技術蝕刻中被用作提高晶體管性能的“金屬”。這些特性對於新型芯片設計至關重要。
製造技術進展
目前，製造TiN薄膜的最常見方法是物理氣相沉積（PVD）和化學氣相沉積（CVD）。這兩種方法都涉及在高能環境和真空條件下將純鈦升華並與氮氣反應。對於鋼部件而言，PVD特別受歡迎，因為沉積溫度超過鋼的奧氏體化溫度。
鈦氮化物的研發不僅止於TiN，自2010年以來，還研發了鈦碳氮化物（TiCN）和鈦鋁氮化物（TiAlN），這些改良材料在硬度和耐腐蝕性方面表現優異。
未來，鈦氮化物的應用仍然在擴展中，尤其是在事故容忍核燃料和智慧醫療領域。這些潛在應用顯示了TiN在現代科技和醫療設備中的多樣性和重要性。
隨著我們對鈦氮化物的了解深入，它的各種形式和改進版本未來將如何影響我們的生活和科技發展呢？
