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氮化鈦陶瓷材料在市場上的應用

來源:CERADIR特種陶瓷資訊|

發表時間:2019-11-15

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氮化鈦(TiN)作為一種新型的多功能金屬陶瓷材料,具有熔點高、硬度大、耐磨、化學穩定性好、導電導熱和光性能好等優異的特性。其熔點為2930~2950℃,是熱和電的良導體,低溫下又有超導性,是制造噴氣發動機的材料,隨著科學技術的發展和突破在多個領域發揮著不同的作用,其特有的金黃色金屬光澤使氮化鈦在代金裝飾領域也有應用。

(一)在刀具制造上的應用


氮化鈦陶瓷涂層具有的金黃色外表,涂覆于刀具之上雖擁有優化外觀的好處,但主要作用卻并非是為了裝飾,其具有的硬度值在韋氏硬度(HV)高達2500以上,涂覆于刀具上的厚度一般為3至5微米,相較于未進行涂層加工的原產品具有更高的耐磨性和耐熱性,使用壽命也更長。將這項技術應用在工業生產中的機械設備上,例如在齒輪滾刀上涂覆氮化鈦其壽命可延長3至4倍,在切削齒輪時可將切削速度或進給量提高更多,從而減少材料機加工時間。工業發達國家對涂層高速刀具的使用率已占高速刀具的70%,汽車行業中幾乎全部都采用涂層高速鋼刀來加工齒輪,其滾削速度可達70~150m/㎜。


在我國,2005年由合肥工業大學材料學院劉寧教授主持的國家科技攻關地方重大項目就是研究納米TiN、AlN改性的碳化鈦基金屬陶瓷刀具。研究得出,經納米TiN改性TiC基金屬陶瓷刀具具有優良的力學性能,是一種高技術含量和高附加值的新型刀具。同時經過用戶4個多月的使用表明,這種刀具在切削加工領域可以部分取代YC8、YT15等硬質合金刀具,刀具壽命提高兩倍以上,生產成本與YC8刀具相當或略低。這項研究使我國利用納米材料制作的新型金屬陶瓷刀具得以問世,同時標志著我國特種陶瓷研究又有了新進展。


(二)在生物醫學方面的應用


用于治療先天性心臟病中房間隔缺損、室間隔缺損和動脈導管未閉的封堵器作為介入治療的植入體,已在臨床醫學得到廣泛的應用。但普通的先心封堵器多為鎳鈦合金材料制成,含鎳高達55%,而過量的鎳會對人體造成過敏、中毒,長期作用更有誘發癌癥的可能,并且普通鎳鈦合金封堵器鎳鈦合金表面純化膜可被破壞,在復雜的人體機體環境中其內部鎳離子釋放更會使鎳的含量增高,進一步導致封堵器的組織相容性惡化。


相關研究顯示,由于氮化鈦(TiN)屬于生物相容性較好的材料(曾經被用于冠脈支架),因此血栓源性要遠低于鎳鈦本身。早在2004年,先健科技(深圳)有限公司就針對這一醫學困擾研發推出了一種采用高能離子沉淀涂層技術的Cera陶瓷膜封堵器,在原鎳鈦合金封堵器設計的基礎上保持原房間隔封堵器、室間隔封堵器、動脈導管未閉封堵器設計外形,利用等離子技術,在其鎳鈦合金表面均勻包裹一層氮化鈦TiN薄膜,采用離子技術,使金屬鈦鍍層與C、N、O等化合轉化為生物涂層,很大程度上提高了封堵器的耐腐蝕性以及生物組織和血液相容性。根據從Cera陶瓷膜封堵器和普通鎳鈦封堵器的動物實驗數據對比可看出:在細胞爬覆生長性能上,Cera陶瓷膜封堵器要遠優于普通鎳鈦封堵器,在提高使先心病缺損的修復的同時顯著降低了血栓的風險;血小板黏附及溶血率也遠低于普通鎳鈦封堵器。目前Cera封堵器已獲得包括歐盟、印度、巴西、俄羅斯等地區和國家的認可,被應用于數千余例先心病患者。


(三)在汽車前擋貼膜的應用


當今的國內車主在購買汽車后,為愛車貼上隔熱保護膜似乎已成為標配,在汽車前擋風玻璃這個主要輻射區貼膜更顯得尤為重要,畢竟,汽車貼膜有阻擋紫外線、阻隔部分熱量以及防止玻璃突然爆裂導致的傷人、防眩光等情況發生,以及減少車內物品及人員因紫外線輻射造成損傷的作用。目前市面上的汽車隔熱膜種類繁多,在材質功能、使用壽命、效果呈現上皆為不同。以納米氮化鈦為基礎,磁控濺射技術與金屬氮化技術的結合而生產出來的納米陶瓷膜,不僅經久耐用,不易腐蝕,更有不屏蔽手機信號和散熱性好的優勢,產品性能很大程度上優于其他種類的汽車隔熱膜。最早的納米陶瓷隔熱膜是2001年由德國韶華科技公司研發出的琥珀光學納米陶瓷隔熱膜,應用于航海、建筑和汽車玻璃貼膜。


納米陶瓷隔熱膜與金屬隔熱膜的區別如下:


1.防曬與隔熱效果不同


金屬膜散熱性較陶瓷膜差,隔熱效果一般,反光率較高。陶瓷膜通過太陽譜選擇性過濾功能來達到隔熱的目的,隔熱性遠超金屬,反光率更低,穩定性極佳。


2.信號通過率不同


金屬膜與陶瓷膜一個關鍵區別在于對信號的阻隔率,金屬膜對進口GPS有干擾性,對ETC(不停車電子收費系統)也是,容易影響各種信號的通過,金屬膜一般分為單層金屬膜和多層金屬膜,多層金屬膜雖然在隔熱性上優于單層金屬膜,但是由于其厚度加深,屏蔽信號就更加嚴重了。陶瓷膜去掉金屬特性后則不會屏蔽信號。


3.氧化性保質期不同


金屬膜易氧化,保質期稍短,而陶瓷膜的化學性質比較穩定,不易氧化,且能夠耐酸耐堿有機溶劑,從而能夠有較長的使用年限。一般陶瓷隔熱膜的保質期為10年,而金屬隔熱膜的一般為5年。


本文封面圖來源于圖蟲創意

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