?在各類機(jī)械零部件的制造中，都需用刀具進(jìn)行加工處理。刀具材料的切削性能是決定加工效率、加工質(zhì)量和加工成本的關(guān)鍵因素之一。WC-Co基硬質(zhì)合金刀具是目前使用最多的刀具材料。但是，鎢、鈷為稀有資源，導(dǎo)致WC-Co基硬質(zhì)合金材料成本較高。

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碳氮化鈦材料有熔點(diǎn)高、強(qiáng)度高、耐磨性強(qiáng)、耐腐蝕及抗氧化等優(yōu)良特性，它兼具了TiC和TiN的優(yōu)點(diǎn)，除了非常適合高端精密加工和近凈成型加工以外，它在保持TiC特點(diǎn)基礎(chǔ)上，由于N的引入，TiC脆性特點(diǎn)得到明顯改善。在隨著N含量增加，其硬度降低，韌性提高。正是由于其優(yōu)良的綜合性能，使得碳氮化鈦基陶瓷在切削領(lǐng)域、耐高溫材料、量具、石油和化工、鐘表外觀等領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用。

碳氮化鈦粉體制備

1、高溫固溶法

高溫固溶法是制備Ti(C，N)粉末的傳統(tǒng)方法，通常是由一定量的TiN和TiC粉末均勻混合于1700～1800℃高溫下熱壓固溶形成，或于Ar或N2氣氛中在更高的溫度下通過固溶而獲得。為了抑制晶粒長大，同時(shí)提高粉末活性和燒結(jié)性能，也可以適當(dāng)降低固溶溫度。即使降低固溶溫度，高溫固溶法也存在反應(yīng)溫度過高、能耗大、難以獲得高純粉末、N/C比不易準(zhǔn)確控制等缺點(diǎn)。

2、TiN和C粉高溫氮化法

高溫氮化法通常是以TiN粉末和C粉為原料，混合后在高溫和N2或Ar氣氛下進(jìn)行長時(shí)間碳氮化處理，從而獲得Ti(C，N)粉體。Frederic等用納米尺寸的TiN粉末+10wt%的炭黑在Ar氣流中于1430℃保溫3h，固相合成了Ti(C，N)粉末，展現(xiàn)出規(guī)則形狀的亞微米顆粒。同樣，高溫氮化法存在反應(yīng)溫度過高、生產(chǎn)效率低、能耗大、生產(chǎn)成本高等缺點(diǎn)。

3、TiO2碳熱還原氮化法

碳熱還原氮化法是以TiO2和C粉為原料，在N2中高溫還原合成Ti(C，N)粉末的工藝，碳熱還原法產(chǎn)物的大小及形貌可通過工藝參數(shù)控制，廣泛應(yīng)用于工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)。

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4、溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法是采用TiO(OH)2溶膠為Ti源，在液相中將炭黑混合、分散，經(jīng)過系列反應(yīng)得到的凝膠在N2下高溫?zé)崽幚淼玫絋i(C，N)粉末。有研究者以TiO(OH)2溶膠與納米級(jí)炭黑混合后形成的凝膠，經(jīng)干燥后在N2氣氛下1400～1600℃高溫反應(yīng)得到Ti(Cx，N1-x)，其中1-x=0.2～0.7，Ti(Cx，N1-x)超細(xì)粉末的平均粒徑<100nm。通過提高原料C/Ti比、提高反應(yīng)溫度、延長保溫時(shí)間、降低氮?dú)饬髁康裙に囉欣谔岣選值。

5、氨解法

氨解法通常是在常溫下，將TiCl4溶入適當(dāng)?shù)娜軇┲胁⒓尤胩砑觿旌暇鶆蚝笈cNH3反應(yīng)，生成Ti的胺基化合物與添加劑的均勻混合中間體，然后中間體與NH4Cl溶液混合沉淀并除去中間體中的胺，再在真空或Ar氣氛下于1200～1600℃熱解獲得Ti(C，N)粉末。氨解法的特點(diǎn)是制備溫度比傳統(tǒng)制備方法（高溫固溶法，1800℃）低，得到的Ti(C，N)粉末具有比表面積高、粒度小、粒度分布集中和純度高等優(yōu)點(diǎn)，但成本較高，工藝過程復(fù)雜。

6、高溫自蔓延反應(yīng)法

高溫自蔓延反應(yīng)法是將Ti粉、C粉均勻混合，預(yù)壓成型得到壓坯，然后在含N2的裝置中高溫“點(diǎn)燃”反應(yīng)，從而得到塊體產(chǎn)物，通過破碎細(xì)化可得到Ti(C，N)粉末。

7、等離子體化學(xué)氣相沉積法

Ti(C，N)等離子體化學(xué)氣相沉積法通常是用等離子體激活TiCl4反應(yīng)氣體，促進(jìn)其在基體表面或近表面空間進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成Ti(C，N)固態(tài)膜的技術(shù)。后來為了避免TiCl4對(duì)反應(yīng)容器的腐蝕和對(duì)環(huán)境造成污染，常采用無氯的含Ti有機(jī)物來取代TiCl4。這類含Ti有機(jī)物主要包括鈦酸四甲脂、鈦酸四乙脂、四異丙基鈦、鈦酸四丁脂及氨基鈦等。

8、高能球磨誘導(dǎo)自蔓延合成法

高能球磨作為一種粉體加工方法，不僅可以均勻混合并活化粉末從而降低燒結(jié)反應(yīng)溫度、促進(jìn)合金化，還可以在室溫下誘導(dǎo)自蔓延反應(yīng)合成納米Ti(C，N)粉體。高能球磨誘導(dǎo)自蔓延合成Ti(C，N)技術(shù)集粉末混合和反應(yīng)于一體，克服了傳統(tǒng)的高溫條件，可直接得到Ti(C，N)粉末。

碳氮化鈦的應(yīng)用

1、Ti(C，N)基金屬陶瓷刀具

Ti(C，N)基金屬陶瓷是一種非常重要的結(jié)構(gòu)材料，用其制備的刀具與WC基硬質(zhì)合金相比，加工中顯示出較高的紅硬性、相近的強(qiáng)度、較低的腐蝕性、導(dǎo)熱性和摩擦系數(shù)，具有較高的壽命或在壽命相同的情況下可采用較高的切削速度，被加工工件有較好的表面光潔度。據(jù)了解，日本的Ti(C，N)基金屬陶瓷刀具材料已占其所有刀具材料市場分額的30％以上。

2、Ti(C，N)基金屬陶瓷涂層

Ti(C，N)基金屬陶瓷可以制成耐磨涂層和模具材料等。Ti(C，N)涂層具有優(yōu)良的力學(xué)及摩擦學(xué)性能，作為硬質(zhì)耐磨涂層，已廣泛用于切削刀具、鉆頭和模具等，具有廣闊的應(yīng)用前景。其制備工藝主要有等離子體化學(xué)氣相沉積、中溫化學(xué)氣相沉積、傳統(tǒng)的CVD方法等。Ti(C，N)基金屬陶瓷作模具材料，和模具鋼相比，具有無相變、耐高溫、摩擦系數(shù)低和抗粘著性好的特點(diǎn)，且有一定的強(qiáng)韌性，是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ哪＞卟牧稀?/p>

3、復(fù)相陶瓷材料

Ti(C，N)可以和其他陶瓷復(fù)合形成復(fù)合材料，如Ti(C，N)／Al2O3、Ti(C，N)／SiC、Ti(C，N)／Si3N4、Ti(C，N)／TiB2等復(fù)相陶瓷材料，Ti(C，N)作為增強(qiáng)體可以提高材料的強(qiáng)度、斷裂韌性，還可以提高導(dǎo)電性能。

4、耐火材料

非氧化物加入到耐火材料中，會(huì)帶來一些優(yōu)良性能。有研究表明，碳氮化鈦的存在能明顯提高耐火材料的使用性能。

5、合成Ti(C，N)晶須

Ti(C，N)晶須是一種缺陷極少，且有一定長徑比的纖維狀單晶材料，有強(qiáng)度高、硬度高、熱穩(wěn)定性好等特性。因此，將Ti(C，N)晶須作為強(qiáng)韌化相用在陶瓷基復(fù)合材料中具有一定意義。

6、電磁屏蔽材料

早在2011年德雷克塞爾大學(xué)首先制備了碳化鈦二維材料，并發(fā)現(xiàn)這種材料具有許多特殊的性能，包括高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性和分子過濾能力。碳化鈦的特性是，在當(dāng)時(shí)，它能比任何已知材料更有效地阻擋和吸收電磁干擾，包括目前大多數(shù)電子設(shè)備中使用的金屬箔。

當(dāng)?shù)吕卓巳麪柎髮W(xué)繼續(xù)考察該家族的其他成員時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)了碳氮化鈦更優(yōu)異的特性，使其成為屏蔽電磁干擾的更有前途的候選材料。這也意味著，碳氮化鈦可以用來單獨(dú)涂覆設(shè)備內(nèi)部的組件，以遏制它們的電磁輻射，即使它們被緊密放置在一起。像蘋果這樣的公司幾年來一直在嘗試這種遏制策略，但成功率受限于銅箔的厚度。隨著設(shè)備設(shè)計(jì)者努力通過將設(shè)備變得更小、更不顯眼、更集成化來使其無處不在，這種策略很可能成為新的標(biāo)準(zhǔn)。

Ti(C，N)作為一種新型世紀(jì)材料，當(dāng)前其相關(guān)研究還只是個(gè)開始，在今后必將有更深入廣泛的應(yīng)用。