碳氮化钛 Titanium carbonitride（TICN ）
中文名称：碳氮化钛
英文名称：Titanium carbonitride
CAS： 12654-86-3
MDL： MFCD01868685
分子式： TiCN
分子量： 121.75
熔点： 2900℃
密度： 5.08 g/mL at 25 °C(lit.)
硬度(HV)：34GPaI密度为4.52
性质：灰色或灰黑色的粉末，具有六方的晶体结构，具有较低的内应力，较高的韧性，良好的润滑性，以及高硬度、耐磨损等特性，适用于要求较低的摩擦系数及较高硬度的场合。
技术性能：
1.碳氮化钛做成的金属陶瓷具有以下特点：硬度（HRA）高达91-95，即可达到非金属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损能力，在高速切削钢料时磨损率极低，其耐磨性比WC基硬质合金高3-4倍；有较高的耐热性，高温硬度、高温强度与高温耐磨性都比较好，在1100-1300℃高温下尚能进行切削，一般切削速度比WC基硬质合金高2-3倍；具有较好的化学稳定性和较高的抗氧化能力；与硬质合金相比，碳氮化钛金属陶瓷具有很高的耐磨性、氧化程度更低、抗热震性能更好，适合用作高速切削刀具材料，能够很好的控制工件的几何精度和公差、光洁度高、进刀速度高等；加工碳钢、不锈钢、微合金钢、以及球墨铸铁的时候能够取得很好的效果。
2.碳氮化钛为光泽性的黑色粉末，是一种零维的三元固溶体，TiC和TiN是构成碳氮化钛的基础，均具有面心立方点阵的NaCl型结构，同时也可与TaC、NbC等多种过渡金属碳化物形成固溶体。碳氮化钛是在单一的TiC晶格中，氮原子(N)占据原来碳原子(C)在点阵中的位置而形成复合化合物，TiCxNy中碳氮原子的比例有两种比较理想的模式，即TiC0.5N0.5和TiC0.3N0.7。由于TiCN具有TiC和TiN的综合性能，其硬度高于TiC和TiN，因此是一种较理想的刀具涂层材料。碳氮化钛使涂层既可提高与基体的结合强度，同时又能具有多种材料的综合性能。
用途：1）耐磨损、抗酸碱、导电导热性能强、热膨胀系数小、具有极好的化学稳定性和抗热性能。广泛用于切削刀具、粉末冶金及金属陶瓷制品。
2）涂层：TiCN 具有比 TiN 更低的摩擦系数和更高的硬度 , 镀了氮碳化钛的工具更加适合于切割如不锈钢 , 钛合金和镍合金等坚硬材料，更具耐磨性和高温稳定性，可显著提高刀具的寿命。氮化钛涂层(TiN) 是一种通用型PVD涂层，涂层厚度在2300HV,是工艺成熟和应用普遍的硬质涂层材料。 特征：具有高硬度高耐磨性寄耐氧化特性。 用途：适用于大多数切削刀具和高速钢切削刀具或成形工具，改善其加工性能。也适合多数成形模具及抗磨损工 件。氮碳化钛涂层(TiCN)，在其中添加的碳元素可提高刀具硬度，并获得更好的表面润滑性来降低摩擦系数，是高速钢 刀具的理想涂层。涂层的厚度在2800HV，阻止裂纹的扩展，减少崩刃。
3）它兼具了TiC和TiN的优点，除了非常适合高端精密加工和近净成型加工以外，它在保持TiC特点基础上，由于N的引入，TiC脆性特点得到明显改善。在随着N含量增加，其硬度降低，韧性提高。正是由于其优良的综合性能，使得碳氮化钛基陶瓷在切削领域、耐高温材料、量具、石油和化工、钟表外观等领域有了广泛的应用。
4）耐火材料，非氧化物加入到耐火材料中，会带来一些优良性能。有研究表明，碳氮化钛的存在能明显提高耐火材料的使用性能。
制备方法：
1、高温固溶法
高温固溶法是制备Ti(C，N)粉末的传统方法，通常是由一定量的TiN和TiC粉末均匀混合于1700～1800℃高温下热压固溶形成，或于Ar或N2气氛中在更高的温度下通过固溶而获得。为了抑制晶粒长大，同时提高粉末活性和烧结性能，也可以适当降低固溶温度。即使降低固溶温度，高温固溶法也存在反应温度过高、能耗大、难以获得高纯粉末、N/C比不易准确控制等缺点。
2、TiN和C粉高温氮化法
高温氮化法通常是以TiN粉末和C粉为原料，混合后在高温和N2或Ar气氛下进行长时间碳氮化处理，从而获得Ti(C，N)粉体。Frederic等用纳米尺寸的TiN粉末+10wt%的炭黑在Ar气流中于1430℃保温3h，固相合成了Ti(C，N)粉末，展现出规则形状的亚微米颗粒。同样，高温氮化法存在反应温度过高、生产效率低、能耗大、生产成本高等缺点。
3、高温自蔓延反应法
高温自蔓延反应法是将Ti粉、C粉均匀混合，预压成型得到压坯，然后在含N2的装置中高温“点燃”反应，从而得到块体产物，通过破碎细化可得到Ti(C，N)粉末。
4、高能球磨诱导自蔓延合成法
高能球磨作为一种粉体加工方法，不仅可以均匀混合并活化粉末从而降低烧结反应温度、促进合金化，还可以在室温下诱导自蔓延反应合成纳米Ti(C，N)粉体。高能球磨诱导自蔓延合成Ti(C，N)技术集粉末混合和反应于一体，克服了传统的高温条件，可直接得到Ti(C，N)粉末。
5、TiO2碳热还原氮化法
碳热还原氮化法是以TiO2和C粉为原料，在N2中高温还原合成Ti(C，N)粉末的工艺，碳热还原法产物的大小及形貌可通过工艺参数控制，广泛应用于工业大规模生产。
6、氨解法
氨解法通常是在常温下，将TiCl4溶入适当的溶剂中并加入添加剂，混合均匀后与NH3反应，生成Ti的胺基化合物与添加剂的均匀混合中间体，然后中间体与NH4Cl溶液混合沉淀并除去中间体中的胺，再在真空或Ar气氛下于1200～1600℃热解获得Ti(C，N)粉末。氨解法的特点是制备温度比传统制备方法（高温固溶法，1800℃）低，得到的Ti(C，N)粉末具有比表面积高、粒度小、粒度分布集中和纯度高等优点，但成本较高，工艺过程复杂。
储存条件 ：
储存注意事项储存于阴凉、干燥、通风良好的专用库房，包装密封。
碳氮化钛粉体制备
1高温固溶法
高温固溶法是制备Ti(C，N)粉末的传统方法，通常是由一定量的TiN和TiC粉末均匀混
合于1700～1800℃高温下热压固溶形成，或于Ar或N2气氛中在更高的温度下通过固
溶而获得。为了抑制晶粒长大，同时提高粉末活性和烧结性能，也可以适当降低固溶
温度。即使降低固溶温度，高温固溶法也存在反应温度过高、能耗大、难以获得高纯
粉末、N/C比不易准确控制等缺点。
2TiN和C粉高温氮化法
高温氮化法通常是以TiN粉末和C粉为原料，混合后在高温和N2或Ar气氛下进行长时间
碳氮化处理，从而获得Ti(C，N)粉体。Frederic等用纳米尺寸的TiN粉末+10wt%的炭
黑在Ar气流中于1430℃保温3h，固相合成了Ti(C，N)粉末，展现出规则形状的亚微米
颗粒。
同样，高温氮化法存在反应温度过高、生产效率低、能耗大、生产成本高等缺点。
3TiO2碳热还原氮化法
碳热还原氮化法是以TiO2和C粉为原料，在N2中高温还原合成Ti(C，N)粉末的工艺，
碳热还原法产物的大小及形貌可通过工艺参数控制，广泛应用于工业大规模生产。
4溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法是采用TiO(OH)2溶胶为Ti源，在液相中将炭黑混合、分散，经过系列反应
得到的凝胶在N2下高温热处理得到Ti(C，N)粉末。有研究者以TiO(OH)2溶胶与纳米级
炭黑混合后形成的凝胶，经干燥后在N2气氛下1400～1600℃高温反应得到Ti(Cx，N1-x)，
其中1-x=0.2～0.7，Ti(Cx，N1-x)超细粉末的平均粒径<100nm。通过提高原料C/Ti比、
提高反应温度、延长保温时间、降低氮气流量等工艺有利于提高x值。
5氨解法
氨解法通常是在常温下，将TiCl4溶入适当的溶剂中并加入添加剂，混合均匀后与
NH3反应，生成Ti的胺基化合物与添加剂的均匀混合中间体，然后中间体与NH4Cl溶液
混合沉淀并除去中间体中的胺，再在真空或Ar气氛下于1200～1600℃热解获得Ti(C，N)
粉末。氨解法的特点是制备温度比传统制备方法（高温固溶法，1800℃）低，得到的
Ti(C，N)粉末具有比表面积高、粒度小、粒度分布集中和纯度高等优点，但成本较高，
工艺过程复杂。
6高温自蔓延反应法
高温自蔓延反应法是将Ti粉、C粉均匀混合，预压成型得到压坯，然后在含N2的装置
中高温“点燃”反应，从而得到块体产物，通过破碎细化可得到Ti(C，N)粉末。
7等离子体化学气相沉积法
Ti(C，N)等离子体化学气相沉积法通常是用等离子体激活TiCl4反应气体，促进其在基体
表面或近表面空间进行化学反应，生成Ti(C，N)固态膜的技术。后来为了避免TiCl4对反应
容器的腐蚀和对环境造成污染，常采用无氯的含Ti有机物来取代TiCl4。这类含Ti有机物主
要包括钛酸四甲脂、钛酸四乙脂、四异丙基钛、钛酸四丁脂及氨基钛等。
8高能球磨诱导自蔓延合成法
高能球磨作为一种粉体加工方法，不仅可以均匀混合并活化粉末从而降低烧结反应温度、
促进合金化，还可以在室温下诱导自蔓延反应合成纳米Ti(C，N)粉体。高能球磨诱导自蔓
延合成Ti(C，N)技术集粉末混合和反应于一体，克服了传统的高温条件，可直接得到Ti(C，N)
粉末。
碳氮化钛的应用
碳氮化钛的应用
1Ti(C，N)基金属陶瓷刀具
Ti(C，N)基金属陶瓷是一种非常重要的结构材料，用其制备的刀具与WC基硬质合金相比，
加工中显示出较高的红硬性、相近的强度、较低的腐蚀性、导热性和摩擦系数，具有较
高的寿命或在寿命相同的情况下可采用较高的切削速度，被加工工件有较好的表面光洁
度。据了解，日本的Ti(C，N)基金属陶瓷刀具材料已占其所有刀具材料市场分额的30％以上。
2Ti(C，N)基金属陶瓷涂层
Ti(C，N)基金属陶瓷可以制成耐磨涂层和模具材料等。Ti(C，N)涂层具有优良的力学及
摩擦学性能，
作为硬质耐磨涂层，已广泛用于切削刀具、钻头和模具等，具有广阔的应用前景。其制
备工艺主要有等离子体化学气相沉积、中温化学气相沉积、传统的CVD方法等。Ti(C，N)
基金属陶瓷作模具材料，和模具钢相比，具有无相变、耐高温、摩擦系数低和抗粘着性好
的特点，且有一定的强韧性，是一种很有发展潜力的模具材料。
3复相陶瓷材料
Ti(C，N)可以和其他陶瓷复合形成复合材料，如Ti(C，N)／Al2O3、Ti(C，N)／SiC、
Ti(C，N)／Si3N4、
Ti(C，N)／TiB2等复相陶瓷材料，Ti(C，N)作为增强体可以提高材料的强度、断裂韧性，
还可以提高导电性能。
4耐火材料
非氧化物加入到耐火材料中，会带来一些优良性能。有研究表明，碳氮化钛的存在能明显
提高耐火材料的使用性能。
5合成Ti(C，N)晶须
早在2011年德雷克塞尔大学首先制备了碳化钛二维材料，并发现这种材料具有许多特殊的
性能，包括高强度、高导电性和分子过滤能力。碳化钛的特性是，在当时，它能比任何已
知材料更有效地阻挡和吸收电磁干扰，包括目前大多数电子设备中使用的金属箔。
当德雷克塞尔大学继续考察该家族的其他成员时，他们发现了碳氮化钛更优异的特性，使
其成为屏蔽电磁干扰的更有前途的候选材料。这也意味着，碳氮化钛可以用来单独涂覆设
备内部的组件，以遏制它们的电磁辐射，即使它们被紧密放置在一起。像苹果这样的公司
几年来一直在尝试这种遏制策略，但成功率受限于铜箔的厚度。随着设备设计者努力通过
将设备变得更小、更不显眼、更集成化来使其无处不在，这种策略很可能成为新的标准。