碳氮化鈦，TICN
中文名稱：碳氮化鈦
英文名稱：Titanium carbonitride
CAS： 12654-86-3
MDL： MFCD01868685
分子式： TiCN
分子量： 121.75
熔點： 2900℃
密度： 5.08 g/mL at 25 °C(lit.)
硬度(HV)：34GPaI密度為4.52
性質：灰色或灰黑色的粉末，具有六方的晶體結構，具有較低的內應力，較高的韌性，良好的潤滑性，以及高硬度、耐磨損等特性，適用于要求較低的摩擦系數及較高硬度的場合。
技術性能：
1.碳氮化鈦做成的金屬陶瓷具有以下特點：硬度（HRA）高達91-95，即可達到非金屬陶瓷刀具的硬度水平；有很好的耐磨性和理想的抗月牙洼磨損能力，在高速切削鋼料時磨損率極低，其耐磨性比WC基硬質合金高3-4倍；有較高的耐熱性，高溫硬度、高溫強度與高溫耐磨性都比較好，在1100-1300℃高溫下尚能進行切削，一般切削速度比WC基硬質合金高2-3倍；具有較好的化學穩定性和較高的抗氧化能力；與硬質合金相比，碳氮化鈦金屬陶瓷具有很高的耐磨性、氧化程度更低、抗熱震性能更好，適合用作高速切削刀具材料，能夠很好的控制工件的幾何精度和公差、光潔度高、進刀速度高等；加工碳鋼、不銹鋼、微合金鋼、以及球墨鑄鐵的時候能夠取得很好的效果。
2.碳氮化鈦為光澤性的黑色粉末，是一種零維的三元固溶體，TiC和TiN是構成碳氮化鈦的基礎，均具有面心立方點陣的NaCl型結構，同時也可與TaC、NbC等多種過渡金屬碳化物形成固溶體。碳氮化鈦是在單一的TiC晶格中，氮原子(N)占據原來碳原子(C)在點陣中的位置而形成復合化合物，TiCxNy中碳氮原子的比例有兩種比較理想的模式，即TiC0.5N0.5和TiC0.3N0.7。由于TiCN具有TiC和TiN的綜合性能，其硬度高于TiC和TiN，因此是一種較理想的刀具涂層材料。碳氮化鈦使涂層既可提高與基體的結合強度，同時又能具有多種材料的綜合性能。
用途：1）耐磨損、抗酸堿、導電導熱性能強、熱膨脹系數小、具有極好的化學穩定性和抗熱性能。廣泛用于切削刀具、粉末冶金及金屬陶瓷制品。
2）涂層：TiCN 具有比 TiN 更低的摩擦系數和更高的硬度 , 鍍了氮碳化鈦的工具更加適合于切割如不銹鋼 , 鈦合金和鎳合金等堅硬材料，更具耐磨性和高溫穩定性，可顯著提高刀具的壽命。氮化鈦涂層(TiN) 是一種通用型PVD涂層，涂層厚度在2300HV,是工藝成熟和應用普遍的硬質涂層材料。 特征：具有高硬度高耐磨性寄耐氧化特性。 用途：適用于大多數切削刀具和高速鋼切削刀具或成形工具，改善其加工性能。也適合多數成形模具及抗磨損工 件。氮碳化鈦涂層(TiCN)，在其中添加的碳元素可提高刀具硬度，并獲得更好的表面潤滑性來降低摩擦系數，是高速鋼 刀具的理想涂層。涂層的厚度在2800HV，阻止裂紋的擴展，減少崩刃。
3）它兼具了TiC和TiN的優點，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特點基礎上，由于N的引入，TiC脆性特點得到明顯改善。在隨著N含量增加，其硬度降低，韌性提高。正是由于其優良的綜合性能，使得碳氮化鈦基陶瓷在切削領域、耐高溫材料、量具、石油和化工、鐘表外觀等領域有了廣泛的應用。
4）耐火材料，非氧化物加入到耐火材料中，會帶來一些優良性能。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。
制備方法：
1、高溫固溶法
高溫固溶法是制備Ti(C，N)粉末的傳統方法，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，同時提高粉末活性和燒結性能，也可以適當降低固溶溫度。即使降低固溶溫度，高溫固溶法也存在反應溫度過高、能耗大、難以獲得高純粉末、N/C比不易準確控制等缺點。
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氣氛下進行長時間碳氮化處理，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，展現出規則形狀的亞微米顆粒。同樣，高溫氮化法存在反應溫度過高、生產效率低、能耗大、生產成本高等缺點。
3、高溫自蔓延反應法
高溫自蔓延反應法是將Ti粉、C粉均勻混合，預壓成型得到壓坯，然后在含N2的裝置中高溫“點燃”反應，從而得到塊體產物，通過破碎細化可得到Ti(C，N)粉末。
4、高能球磨誘導自蔓延合成法
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反應溫度、促進合金化，還可以在室溫下誘導自蔓延反應合成納米Ti(C，N)粉體。高能球磨誘導自蔓延合成Ti(C，N)技術集粉末混合和反應于一體，克服了傳統的高溫條件，可直接得到Ti(C，N)粉末。
5、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，碳熱還原法產物的大小及形貌可通過工藝參數控制，廣泛應用于工業大規模生產。
6、氨解法
氨解法通常是在常溫下，將TiCl4溶入適當的溶劑中并加入添加劑，混合均勻后與NH3反應，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。氨解法的特點是制備溫度比傳統制備方法（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點，但成本較高，工藝過程復雜。
儲存條件 ：
儲存注意事項儲存于陰涼、干燥、通風良好的專用庫房，包裝密封。
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，同時提高粉末活性和燒結性能，也可以適當降低固溶
溫度。即使降低固溶溫度，高溫固溶法也存在反應溫度過高、能耗大、難以獲得高純
粉末、N/C比不易準確控制等缺點。
2TiN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氣氛下進行長時間
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，展現出規則形狀的亞微米
顆粒。
同樣，高溫氮化法存在反應溫度過高、生產效率低、能耗大、生產成本高等缺點。
3TiO2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，
碳熱還原法產物的大小及形貌可通過工藝參數控制，廣泛應用于工業大規模生產。
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，經過系列反應
得到的凝膠在N2下高溫熱處理得到Ti(C，N)粉末。有研究者以TiO(OH)2溶膠與納米級
炭黑混合后形成的凝膠，經干燥后在N2氣氛下1400～1600℃高溫反應得到Ti(Cx，N1-x)，
其中1-x=0.2～0.7，Ti(Cx，N1-x)超細粉末的平均粒徑<100nm。通過提高原料C/Ti比、
提高反應溫度、延長保溫時間、降低氮氣流量等工藝有利于提高x值。
5氨解法
氨解法通常是在常溫下，將TiCl4溶入適當的溶劑中并加入添加劑，混合均勻后與
NH3反應，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。氨解法的特點是制備溫度比傳統制備方法（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點，但成本較高，
工藝過程復雜。
6高溫自蔓延反應法
高溫自蔓延反應法是將Ti粉、C粉均勻混合，預壓成型得到壓坯，然后在含N2的裝置
中高溫“點燃”反應，從而得到塊體產物，通過破碎細化可得到Ti(C，N)粉末。
7等離子體化學氣相沉積法
Ti(C，N)等離子體化學氣相沉積法通常是用等離子體激活TiCl4反應氣體，促進其在基體
表面或近表面空間進行化學反應，生成Ti(C，N)固態膜的技術。后來為了避免TiCl4對反應
容器的腐蝕和對環境造成污染，常采用無氯的含Ti有機物來取代TiCl4。這類含Ti有機物主
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反應溫度、
促進合金化，還可以在室溫下誘導自蔓延反應合成納米Ti(C，N)粉體。高能球磨誘導自蔓
延合成Ti(C，N)技術集粉末混合和反應于一體，克服了傳統的高溫條件，可直接得到Ti(C，N)
粉末。
碳氮化鈦的應用
碳氮化鈦的應用
1Ti(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構材料，用其制備的刀具與WC基硬質合金相比，
加工中顯示出較高的紅硬性、相近的強度、較低的腐蝕性、導熱性和摩擦系數，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。
2Ti(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)涂層具有優良的力學及
摩擦學性能，
作為硬質耐磨涂層，已廣泛用于切削刀具、鉆頭和模具等，具有廣闊的應用前景。其制
備工藝主要有等離子體化學氣相沉積、中溫化學氣相沉積、傳統的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、摩擦系數低和抗粘著性好
的特點，且有一定的強韌性，是一種很有發展潛力的模具材料。
3復相陶瓷材料
Ti(C，N)可以和其他陶瓷復合形成復合材料，如Ti(C，N)／Al2O3、Ti(C，N)／SiC、
Ti(C，N)／Si3N4、
Ti(C，N)／TiB2等復相陶瓷材料，Ti(C，N)作為增強體可以提高材料的強度、斷裂韌性，
還可以提高導電性能。
4耐火材料
非氧化物加入到耐火材料中，會帶來一些優良性能。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
早在2011年德雷克塞爾大學首先制備了碳化鈦二維材料，并發現這種材料具有許多特殊的
性能，包括高強度、高導電性和分子過濾能力。碳化鈦的特性是，在當時，它能比任何已
知材料更有效地阻擋和吸收電磁干擾，包括目前大多數電子設備中使用的金屬箔。
當德雷克塞爾大學繼續考察該家族的其他成員時，他們發現了碳氮化鈦更優異的特性，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涂覆設
備內部的組件，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。隨著設備設計者努力通過
將設備變得更小、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準。