氮化钛(TiN)薄膜光学性质的研究进展

氮化钛薄膜的制备及应用1.TiN薄膜的制备方法TiN 薄膜的研究工作早在20世纪60年代已开始进行，但因材料和器件制备上的困难，使研究工作一度转入低潮。

后来随着薄膜制备技术的提高，国内外对TiN薄膜的研究工作又开始活跃起来，制备方法也多样化了，目前已取得很大进展。

TiN薄膜的制备方法主要可分为物理气相沉积、化学气相沉积两大类。

1．1 物理气相沉积(PVD)1．1．1 电子束蒸镀法单纯采用真空镀膜法制备TiN 薄膜在国内外很少，这主要因为它有与基片结合较差、工艺重复性不好的缺点。

目前国内外用得最多的真空镀膜法是电子束蒸镀方法。

它是一种利用电子束打到待蒸发材料表面将能量传递给待蒸发材料使其熔化并蒸发的方法。

它具有能量密度大，热效率高，热传导和热辐射的损失少等特点，可减少容器材料与镀料之间的反应。

可以很大程度地提高TiN 类镀膜的纯度。

1．1．2 溅射镀膜法磁控溅射制备TiN薄膜技术主要有直流磁控溅射和射频磁控溅射(使用陶瓷TiN 靶材)两种，最近又出现了非平衡磁控溅射和反应溅射。

其中反应溅射方法因其独特的优点最早和最多地使用在TiN 薄膜制备上。

另外非平衡磁控溅射方法也是一种国内外常用的溅射方法，磁控溅射制备TiN 薄膜具有溅射率高、基片温升低、膜基结合力好、装置性能稳定、操作控制方便等优点。

同时它也有一些缺点，例如它的沉积速率较底，效率较差，对降低沉积成本不利，因此磁控溅射方法仅应用于光学、微电子学等对TiN 涂层要求较高的领域。

1．1．3 电弧离子镀20世纪80年代以来，离子镀制备TiN 镀层已发展成为世界范同的一项高新技术，主要应用在制备高速钢和硬质合金工具上的或相关体系的耐磨镀层和不锈钢制品上的仿金装饰镀层上。

进入20世纪90年代，离子镀技术有了长足的进步，在离子镀技术中目前应用最多的是电弧离子镀(也称多弧离子镀)，它已取代了其他各种类型的离子镀，成为当前氮化钛镀层工业唯一的生产工艺。

在电弧离子镀沉积TiN涂层的过程中，影响涂层结构和性能的因素有弧电流、衬底负偏压、衬底温度、氮气的分压、腔体压强等。

氮化钛涂层工艺的再探索氮化钛涂层工艺的再探索1. 引言氮化钛涂层是一种广泛应用于金属表面保护和改善性能的工艺技术。

通过在金属表面形成一层氮化钛涂层，可以显著提高金属材料的硬度、耐磨性和抗蚀性能，同时还能增强金属材料的粘附性和耐热性。

然而，在实际应用中，氮化钛涂层的工艺仍面临一些挑战，例如涂层厚度均匀性、附着力和成本效益等方面。

本文将对氮化钛涂层的工艺进行再探索，以寻求更好的解决方案。

2. 深度评估为了对氮化钛涂层的工艺进行深入评估，我们首先需要了解目前的常规工艺流程和存在的问题。

传统的氮化钛涂层工艺通常包括两个主要步骤：氮化钛前处理和氮化钛涂层形成。

其中，氮化钛前处理包括表面清洁和钝化处理，旨在提高涂层的附着力和均匀性。

通过真空离子镀或磁控溅射等方法，在金属表面形成一层氮化钛涂层。

然而，传统工艺中存在一些问题。

涂层的厚度均匀性有时难以保证，可能出现涂层厚度差异较大的情况，影响涂层的性能稳定性。

涂层的附着力有时不理想，可能出现脱落或剥离的情况。

传统工艺对于一些复杂形状的金属零件，如内孔或弯曲部分的涂层形成较为困难。

传统工艺中使用的设备和材料成本较高，限制了其在大规模生产中的应用。

3. 新的解决方案基于传统氮化钛涂层工艺存在的问题，我们可以采取一些新的解决方案来改进工艺流程，提高涂层的质量和效率。

我们可以引入先进的表面处理技术，如等离子体增强化学气相沉积（PECVD）或离子束辅助沉积（IBAD）等，以改善涂层的附着力和均匀性。

这些技术可以在金属表面形成一层致密的氮化钛缓冲层，进而提高涂层的附着性能。

这些先进技术还可以通过控制沉积参数，实现对涂层厚度的精确控制，以获得更加均匀的涂层。

对于复杂形状的金属零件，我们可以使用激光熔覆技术。

激光熔覆技术可以通过在金属表面局部加热和熔化，然后喷射氮化钛粉末，实现涂层的形成。

这种技术可以在复杂形状的零件表面形成均匀且高质量的涂层，同时还可以实现对涂层厚度的精确控制。

氮化钛薄膜的制备及应用1.TiN薄膜的制备方法TiN 薄膜的研究工作早在20世纪60年代已开始进行，但因材料和器件制备上的困难，使研究工作一度转入低潮。

后来随着薄膜制备技术的提高，国内外对TiN薄膜的研究工作又开始活跃起来，制备方法也多样化了，目前已取得很大进展。

TiN薄膜的制备方法主要可分为物理气相沉积、化学气相沉积两大类。

1．1 物理气相沉积(PVD)1．1．1 电子束蒸镀法单纯采用真空镀膜法制备TiN 薄膜在国内外很少，这主要因为它有与基片结合较差、工艺重复性不好的缺点。

目前国内外用得最多的真空镀膜法是电子束蒸镀方法。

它是一种利用电子束打到待蒸发材料表面将能量传递给待蒸发材料使其熔化并蒸发的方法。

它具有能量密度大，热效率高，热传导和热辐射的损失少等特点，可减少容器材料与镀料之间的反应。

可以很大程度地提高TiN 类镀膜的纯度。

1．1．2 溅射镀膜法磁控溅射制备TiN薄膜技术主要有直流磁控溅射和射频磁控溅射(使用陶瓷TiN 靶材)两种，最近又出现了非平衡磁控溅射和反应溅射。

其中反应溅射方法因其独特的优点最早和最多地使用在TiN 薄膜制备上。

另外非平衡磁控溅射方法也是一种国内外常用的溅射方法，磁控溅射制备TiN 薄膜具有溅射率高、基片温升低、膜基结合力好、装置性能稳定、操作控制方便等优点。

同时它也有一些缺点，例如它的沉积速率较底，效率较差，对降低沉积成本不利，因此磁控溅射方法仅应用于光学、微电子学等对TiN 涂层要求较高的领域。

1．1．3 电弧离子镀20世纪80年代以来，离子镀制备TiN 镀层已发展成为世界范同的一项高新技术，主要应用在制备高速钢和硬质合金工具上的或相关体系的耐磨镀层和不锈钢制品上的仿金装饰镀层上。

进入20世纪90年代，离子镀技术有了长足的进步，在离子镀技术中目前应用最多的是电弧离子镀(也称多弧离子镀)，它已取代了其他各种类型的离子镀，成为当前氮化钛镀层工业唯一的生产工艺。

在电弧离子镀沉积TiN涂层的过程中，影响涂层结构和性能的因素有弧电流、衬底负偏压、衬底温度、氮气的分压、腔体压强等。

薄膜热膨胀系数测试技术研究石磊;蒋春磊;陈光海;唐永炳【摘要】热膨胀系数是薄膜的重要热学性能参数,也是薄膜热应力和残余应力计算分析过程中的关键数据.文章基于热诱导弯曲原理,分别采用单基片法和双基片法对氮化钛(TiN)和铝(Al)薄膜的热膨胀系数进行测试,并着重对双基片法的测试误差和适用性进行了分析.研究结果表明,薄膜在不同材质基底上弹性模量的差异是影响双基片法薄膜热膨胀系数测试精度的重要因素.当不同材质基片上薄膜弹性模量差异较小时,双基片法测得的热膨胀系数与单基片法所获结果基本一致;而当不同材质基片上薄膜弹性模量相差较大时,双基片法将不再适用.此外,文章结合薄膜的形貌、结构和残余应力表征测试,对TiN和Al薄膜热膨胀系数与其块体材料的差异进行了分析,结果显示残余压应力会导致薄膜热膨胀系数增大,而残余拉应力则具有相反的效果.【期刊名称】《集成技术》【年(卷),期】2017(006)004【总页数】12页(P49-60)【关键词】薄膜;热膨胀系数;弹性模量;残余应力【作者】石磊;蒋春磊;陈光海;唐永炳【作者单位】中国科学院深圳先进技术研究院深圳 518055;中国科学院深圳先进技术研究院深圳 518055;中国科学院深圳先进技术研究院深圳 518055;中国科学院深圳先进技术研究院深圳 518055【正文语种】中文【中图分类】TG156薄膜材料因其独特的结构和性质已广泛应用于硬质耐磨防护、腐蚀防护、生物医用器件、电子元器件、大规模集成电路、平板显示器、有机发光器件(OLED)、白光LED 照明、信息记录与存储、传感器、微机电系统、光伏太阳能器件、半导体芯片等[1]，涉及高新技术产业的各个领域，是实现器件轻薄短小化和系统集成化的有效手段。

热膨胀是薄膜材料的重要力学行为[2]。

在变温过程中，由于薄膜与基底热膨胀系数的差异而导致的薄膜热应力[3]，不仅会影响薄膜器件的性能，如力学性能[4,5]、电学性能[6-9]、光学性能[10-13]等，而且会造成器件变形、开裂甚至破坏、失效，严重影响薄膜器件的性能和使用寿命。

DIGITAL PRINTING Tol.210 No.1 2021.2数字印刷 2021年第1期（总第210期）RESEARCH PAPERS研究论文收稿日期：2020-03-17 修回日期：2020-09-10 *为通讯作者项目来源：黑龙江省教育厅项目（No.18XN069, No.18XN089）；大学生创新创业项目（No.201810240030）本文引用格式：刘壮, 穆玉林，朱琳, 等. 不锈钢表面磁控溅射制备TiN x 涂层的颜色性质研究[J].数字印刷, 2021,(1):71-76.不锈钢表面磁控溅射制备TiN x 涂层的颜色性质研究刘 壮*, 穆玉林，朱 琳，迟晨阳，许晓伟，郭 帆，郭新宇，秦 冕，马国荣（哈尔滨商业大学 轻工学院，哈尔滨 150028）摘要 磁控溅射技术是目前广泛使用可替代传统湿涂工艺的一种制备装饰性涂层的方法，但涂层外貌特征尤其是颜色特性与工艺参数之间关系研究不够深入。

本研究利用磁控溅射技术制备了氮化钛（TiN x ）涂层，研究了氮气（N 2）流量对涂层颜色特性及化学计量的影响。

结果表明，当N 2流量增大时，x 值逐渐增大为1；涂层颜色从金属灰变成金黄色，最后变成黑黄褐色，亮度亦随之降低；涂层组分中N 含量逐渐增多。

由Drude 理论模型可知，随着涂层N 含量增多，钛（Ti ）金属键的减少，自由电子数量减少，反射光谱的能量降低，吸收光谱也向低能长波方向移动。

关键词 颜色；磁控溅射；TiN x ；涂层；氮流量中图分类号 TG174 文献标识码 A 文章编号 2095-9540(2021)01-71-06DOI 10.1 9370/10-1304/ts.2021.01.010Color Properties of Titanium Nitride Coatings on Stainless Steel Produced byMagnetron SputteringLIU Zhuang *, MU Yu-lin, ZHU Lin, CHI Chen-yang, XU Xiao-wei, GUO Fan,GUO X in-yu, QIN Mian, MA Guo-rong（College of Light Industry, Harbin University of Commerce, Harbin 150028, China ）Abstract Magnetron sputtering technology is widely used to prepare decorative coatings instead of traditional wet coating technology, but the relationship between coating appearance characteristics, especially color characteristics and process parameters was not investigated deep enough. In this study, TiN x coatings were prepared by magnetron sputtering. The effect of nitrogen flow rate on the color characteristics and stoichiometry of the coatings was studied. The results showed that when the nitrogen flow rate increases, the x value gradually increases up to 1. The color of the coating changes from metallic gray to golden yellow, then to black-yellow-brown, and the brightness decreases. According to Drude’s theoretical model, with the increase of N content in the coating, Ti metal bond decreases, which leads to the number of free electrons decreases. Then, the energy of reflection spectrum decreases, and the absorption spectrum moves to the direction of low energy and long wave.Key words Color ; Magnetron sputtering ; TiN x ; Coatings ; Nitrogen flow rate72数字印刷2021年第1期（总第210期）0引言氮化锌（ZrN）、氮化钛（TiN x）等陶瓷类涂层在装饰材料行业应用广泛，涂层除了装饰功能外兼具保护金属免受腐蚀、磨损、氧化等作用[1-7]。

氮化钛涂层工艺氮化钛涂层工艺是一种常用的表面处理技术，它可以提高材料的硬度、耐磨性和耐腐蚀性，同时还能改善材料的表面光洁度和抗氧化性能。

本文将从氮化钛涂层的原理、工艺流程、应用领域等方面进行详细介绍。

一、氮化钛涂层的原理氮化钛涂层是一种通过在材料表面形成氮化钛薄膜来提高材料性能的表面处理技术。

氮化钛薄膜具有很高的硬度和耐磨性，同时还能提高材料的耐腐蚀性和抗氧化性能。

氮化钛涂层的形成过程主要包括两个步骤：氮化和钛化。

氮化是指将材料表面暴露在氮气气氛中，使氮原子与材料表面的金属原子发生反应，形成氮化物薄膜。

氮化物薄膜具有很高的硬度和耐磨性，可以提高材料的表面硬度和耐磨性。

钛化是指将氮化物薄膜暴露在钛气气氛中，使钛原子与氮化物薄膜发生反应，形成氮化钛薄膜。

氮化钛薄膜具有很高的耐腐蚀性和抗氧化性能，可以提高材料的耐腐蚀性和抗氧化性能。

二、氮化钛涂层的工艺流程氮化钛涂层的工艺流程主要包括以下几个步骤：1. 清洗：将待处理的材料表面清洗干净，去除表面的油污和杂质。

2. 预处理：将材料表面进行预处理，包括去除氧化层、打磨和抛光等。

3. 氮化：将材料表面暴露在氮气气氛中，进行氮化处理，形成氮化物薄膜。

4. 钛化：将氮化物薄膜暴露在钛气气氛中，进行钛化处理，形成氮化钛薄膜。

5. 后处理：对氮化钛薄膜进行后处理，包括清洗、干燥和包装等。

三、氮化钛涂层的应用领域氮化钛涂层广泛应用于机械、航空、汽车、电子、医疗等领域。

具体应用如下：1. 机械领域：氮化钛涂层可以用于制造机械零件，如轴承、齿轮、刀具等，可以提高零件的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。

2. 航空领域：氮化钛涂层可以用于制造航空发动机零件，如涡轮叶片、涡轮盘等，可以提高零件的耐高温性能和抗氧化性能。

3. 汽车领域：氮化钛涂层可以用于制造汽车发动机零件，如气门、活塞环等，可以提高零件的耐磨性和耐腐蚀性。

4. 电子领域：氮化钛涂层可以用于制造电子元器件，如电容器、电阻器等，可以提高元器件的耐高温性能和抗氧化性能。

氮化钛纳米材料制备及其光热转换应用的研究进展曹云波１）　梁峰１）　王森１）　何江锋１）　王晓函１）　郝娴２）　张海军１）１）武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室　湖北武汉４３００８１２）中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司　河南洛阳４７１０３９摘　要：纳米氮化钛具有高熔点、良好的化学稳定性以及优良的抗氧化性和导电性能，同时具备局部表面等离子体共振（ＬＳＰＲ）特性，被视为新一代热等离子体材料。

纳米氮化钛的组成与结构、粒度大小和比表面积会影响其ＬＳＰＲ效应和光热转换效率。

因此，纳米氮化钛的有效制备是实现其在光热转换领域产业化应用的关键。

为此，综述了氮化钛纳米材料现有的制备方法及最新研究进展，阐述了各种方法的工艺过程及合成机制，探讨了不同方法之间的差别及应用范围，总结了氮化钛纳米材料在光热转换方面的应用现状，并就未来纳米氮化钛的发展方向做出了展望。

关键词：氮化钛纳米材料；局部表面等离子体共振；光热转换；研究进展中图分类号：ＴＫ５１９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１－１９３５（２０２１）０３－０２４４－０７ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－１９３５．２０２１．０３．０１５ 光热转换作为太阳能利用的一种有效途径，逐渐引起学者的广泛关注。

纳米颗粒独特的局部表面等离子体共振（Ｌｏｃａｌｉｚｅｄｓｕｒｆａｃｅｐｌａｓｍｏｎｒｅｓｏｎａｎｃｅ，ＬＳＰＲ）特性可以将光学控制的维度从三维降为二维或零维，实现纳米尺度超衍射极限光传输的有效调控，同时可在纳米尺度区域汇聚放大电磁能量，实现对紫外光至近红外光的增强吸收［１－３］。

光热转换效应是通过材料表面ＬＳＰＲ特性将光能转化为电子或空穴谐振的动能，或者电子跃迁产生的能量，由晶格散射的振动能向周围环境传递从而使环境温度提高，具有ＬＳＰＲ特性的光热转换材料被称为热等离子体材料［４］。

热等离子体结构能够支持自由电子（表面等离子体）的集体振荡，具有许多特性，包括强共振散射和吸收，以及显著的近场增强，这使其有着广泛的应用［５－６］。

氮化钛相对介电常数1. 介电常数的概念介电常数是描述材料对电场响应能力的物理量，通常用ε表示。

它是材料的电极化程度的度量，也可以理解为材料在电场中的响应能力。

介电常数可以分为相对介电常数和绝对介电常数两种。

相对介电常数是指在给定电场下，材料相对于真空或空气的电容性能。

绝对介电常数是指材料在无穷远离电荷源的情况下的电容性能。

相对介电常数是绝对介电常数的无量纲化，即相对介电常数等于绝对介电常数与真空或空气的介电常数之比。

2. 氮化钛的基本特性氮化钛是一种具有高熔点、高硬度和高热导率的陶瓷材料。

它具有优异的电学性质和热学性质，因此在电子器件、光学器件和热管理领域具有广泛的应用。

氮化钛具有高的绝缘性能和低的电导率，这使得它成为一种理想的绝缘材料。

同时，氮化钛还具有优异的耐高温性能和化学稳定性，能够在极端的环境下保持稳定的电学性能。

3. 氮化钛的相对介电常数氮化钛的相对介电常数通常在2.9到6之间变化。

这个范围内的具体数值取决于氮化钛的制备方法、晶体结构和杂质含量等因素。

氮化钛的相对介电常数的大小与其晶体结构和电子结构密切相关。

氮化钛具有尖晶石结构，其中氮原子占据正八面体间隙，钛原子占据正八面体和四面体间隙。

这种晶体结构使得氮化钛具有高的电极化能力，从而表现出较高的相对介电常数。

此外，氮化钛的相对介电常数还受到杂质的影响。

例如，氮化钛中的杂质含量较高时，杂质原子会引起晶格畸变，从而降低了氮化钛的相对介电常数。

4. 氮化钛相对介电常数的应用氮化钛的高相对介电常数使得它在电子器件和光学器件中具有广泛的应用。

在电子器件中，氮化钛可以用作介电层材料，用于制造电容器和绝缘层。

其高的相对介电常数可以增加电容器的电容量，从而提高电子器件的性能。

在光学器件中，氮化钛可以用作介质层材料，用于制造光学薄膜和光学波导。

其高的相对介电常数可以调节光的传播速度和折射率，从而实现光的控制和调制。

此外，氮化钛的相对介电常数还可以用于热管理领域。

氮化钛和钛铌氮颜色氮化钛和钛铌氮是两种在互联网技术领域中备受关注的材料。

它们具有独特的光学性质，尤其是颜色特征，使其在诸多应用领域中具有广泛的潜力。

一、氮化钛（Titanium Nitride）颜色氮化钛是一种金属材料，具有金色的外观，使其在互联网设备和电子产品中非常受欢迎。

作为一种先进的金属薄膜材料，氮化钛可以应用于各种表面涂层，例如手机、电脑等产品的外壳，赋予其耐磨、耐腐蚀和美观的特性。

同时，氮化钛还能够提供较高的光反射率和导电性能，使其适用于太阳能电池、光学镜片等领域。

二、钛铌氮（Titanium Niobium Nitride）颜色钛铌氮是一种具有多彩效果的材料，其颜色可以因其在微观结构中形成的光学干涉现象而呈现出不同的色彩。

通过调节其沉积的厚度，钛铌氮薄膜可表现出从金黄色到蓝紫色的多个颜色阶段。

这种独特的色彩变化特性使得钛铌氮在装饰性涂层、光学滤波器、彩色显示器等领域有着广泛的应用前景。

三、应用潜力与展望氮化钛和钛铌氮的颜色特性为各行各业提供了创新的可能性。

在消费电子产品领域，氮化钛作为金属外观的选择，可以为手机、电脑等产品带来独特的质感和视觉效果。

而钛铌氮则可以应用于光学器件、彩色显示器等领域，为产品增添多样化的色彩选择。

此外，氮化钛和钛铌氮还具有良好的化学稳定性和高温耐性，适用于高温环境下的应用，如航空航天、能源等领域。

总结起来，氮化钛和钛铌氮作为互联网技术领域中的重要材料，具有独特的颜色特性和广泛的应用潜力。

通过充分发挥它们的优势，我们可以为各行各业提供更具创新性和个性化的产品解决方案。

未来，随着科学技术的不断进步，相信氮化钛和钛铌氮在互联网领域会继续展现出更多令人惊艳的应用。

氮化钛膜和纳米陶瓷膜
氮化钛膜是一种具有高硬度、高稳定性、高抗腐蚀性和高透明度的薄膜材料。

它由氮化钛（TiN）组成，通常是通过物理气相沉积（PVD）或化学气相沉积（CVD）等技术制备而成。

氮化钛膜广泛应用于表面保护、降低摩擦、改善光学性能等领域。

纳米陶瓷膜是一种由纳米级陶瓷颗粒组成的薄膜材料。

它拥有类似于传统陶瓷的高硬度、高抗磨损性和高抗腐蚀性等特点，但由于其纳米级颗粒的存在，还具有一些新的特性，如较大的比表面积、较高的光学透明度和优异的力学性能。

纳米陶瓷膜可通过溶胶-凝胶法、电化学沉积法等制备技术制备而成，广泛应用于颜料、涂料、防护涂层、电子元件等领域。

TiO2碳热还原氮化法制备TiN粉末及TiN-Al2O3复合材料研究TiO2碳热还原氮化法制备TiN粉末及TiN-Al2O3复合材料研究引言：随着现代工业的快速发展，对于高性能材料的需求也越来越高。

钛氮化物（TiN）是一种具有优异性能的材料，具有高硬度、高熔点、良好的导电性和耐腐蚀性等特点，在航空航天、电子器件、涂层材料等领域有着广泛的应用。

目前，制备TiN材料的方法众多，其中碳热还原氮化法是一种被广泛研究和应用的方法。

本文旨在通过TiO2碳热还原氮化法制备TiN粉末，并将其与氧化铝（Al2O3）复合，研究其性能和应用。

1. 实验原理碳热还原氮化法主要是利用碳作为还原剂，将氮化源与碳源同时加热，使氮化物得到还原氮化，从而制备TiN。

在本实验中，首先将TiO2和一定比例的活性炭混合均匀，然后进行高温煅烧，通过碳热还原氮化反应，使得TiO2转化为TiN。

随后，将制得的TiN粉末与Al2O3按一定比例混合，通过热压烧结等方法制备复合材料。

2. 实验步骤（1）准备所需材料：TiO2粉末、活性炭粉末、Al2O3粉末。

（2）将TiO2粉末和活性炭粉末按一定比例混合，放入流化床炉中进行煅烧，升温至高温区域进行碳热还原氮化反应，得到TiN粉末。

（3）将制得的TiN粉末与Al2O3按一定比例混合，并使用机械球磨设备进行混合均匀。

（4）将混合得到的粉末样品进行热压烧结，制备复合材料。

（5）对制备的TiN粉末和TiN-Al2O3复合材料进行性能测试和表征，并进行相应的分析。

3. 结果与讨论通过实验，得到了TiO2碳热还原氮化法制备的TiN粉末以及TiN-Al2O3复合材料。

通过X射线衍射（XRD）分析，确认了样品的相组成，得到了TiN、TiO2和Al2O3的衍射峰。

通过扫描电子显微镜（SEM）观察了材料的形貌和结构，发现粉末颗粒大小均匀，且复合材料中TiN与Al2O3均匀分布。

通过硬度测试和电导率测试，得到了材料的硬度和导电性能。

氮化钛生产工艺
氮化钛（TiN）是一种很好的陶瓷材料，具有高硬度、高耐
磨性和良好的抗腐蚀性。

在高纯度的氮化钛中含有少量的氧和氮，这些杂质对材料的性能有很大的影响，因此在工业上应用不多。

它常被用于制造一些特殊的结构材料，如耐磨零件、高强度耐磨合金、耐热合金和耐腐蚀合金等。

因此，它成为一种重要的耐磨材料。

目前，氮化钛生产工艺主要有以下几种：
一、钛氮合金法
钛氮合金法是用TiN与金属粉末混合后，在高温下直接氮化
制得。

在钛氮合金中添加少量金属元素（如Co、Nb等）或用金
属粉末直接与金属粉末混合来制备TiN。

钛氮合金法中添加的金
属主要有：C、Mn、Ni、Al、Co等。

二、热压法
热压法是以TiN粉末为原料，用热气体（N2或HF）进行压
力烧结，得到TiN颗粒。

在高纯度TiN粉中加入一定量的Si3N4
粉末，经过一定压力的压制后形成TiN制品。

这种方法是一种比
较成熟的方法，对设备要求不高，成本较低。

—— 1 —1 —。

TiN涂层疲劳损伤的有限元分析的开题报告开题报告一、研究背景金属外表涂上陶瓷式的硬膜，这不但具备有划痕和磨损抗力，还能抵抗腐蚀和氧化。

其中最被广泛应用的是氮化钛（TiN）涂层。

TiN涂层物理和化学性质良好，兼有高硬度、高温稳定性、极好的抗腐蚀性和较好的光学性能等特性。

它的高硬度使其在切削、冲孔和成型等工艺中广泛使用。

然而，由于TiN涂层表面存在薄层疲劳裂纹，因此需要进一步对其行为进行深入研究。

现在已有多个有限元模型来描述涂层的性质，但它们很少考虑疲劳裂纹或损伤的演变。

疲劳裂纹的存在会导致涂层在一定的应力下失效，因此需要准确地预测疲劳失效的条件和损伤随时间的演变。

为了更好地理解TiN涂层的疲劳寿命和损伤行为，在本研究中将进行对TiN涂层疲劳寿命和微观损伤的有限元分析。

二、研究内容和目标本研究的目标是通过有限元分析来预测TiN涂层的疲劳寿命和损伤行为。

主要工作包括：1.建立TiN涂层的有限元模型；2.利用APDL程序加载实验数据，确定涂层的疲劳失效条件；3.将裂纹扩展与表面微观损伤随时间的演变考虑进模型中，并分析其对疲劳寿命的影响；4.通过模拟研究TiN涂层的疲劳寿命和损伤行为。

三、研究方法本研究将利用ANSYS有限元软件来建立TiN涂层的有限元模型。

在训练模型之前，需要对TiN涂层进行显微镜和扫描电子显微镜（SEM）等实验技术的表征。

涂层材料的力学性质（弹性模量、泊松比、硬度等）将通过单独实验确定。

确定了涂层的性质之后，将建立3D有限元模型并进行疲劳分析。

为了更好地评估疲劳损伤的影响，需要在模型中引入一个特征参数，例如疲劳寿命、表面微观损伤等。

根据已有的疲劳试验数据，将在有限元模型中指定相应的载荷和失效条件。

此外，根据实验条件和应力历史等数据，将涂层的微观损伤进行监控和分析，并考虑到对整体疲劳寿命的影响。

最后，通过对比模拟结果和实验结果，对模型进行验证和校正，并分析微观损伤的演变规律。

四、预期成果通过有限元分析，本研究预期得到以下结果：1.建立了TiN涂层的有限元模型；2.准确的预测TiN涂层的疲劳寿命；3.找到了TiN涂层表面微观损伤对疲劳寿命的影响规律。

TiN涂层的制备及其性能研究姬清华;严芳芳【摘要】本文通过射频磁控溅射沉积的方法,采用TiN靶材在基体上制备了氮化钛涂层,并利用扫描电镜、能谱分析仪、划痕仪、超景深显微镜,对制备的氮化钛涂层的宏观、微观形貌及力学性能进行了检测.研究表明,基体表面形成界面结合良好,镀层十分致密,无孔隙和裂纹等缺陷,实验最佳溅射功率为97.5W.【期刊名称】《现代制造技术与装备》【年(卷),期】2016(000)011【总页数】2页(P57-58)【关键词】TiN涂层;磁控溅射;微观组织【作者】姬清华;严芳芳【作者单位】新乡学院机电工程学院,新乡 453000;新乡学院机电工程学院,新乡453000【正文语种】中文法拉第在1853年做气体放电实验时，首次发现有金属沉积在放电管玻璃内壁上的现象[1]。

磁控溅射采用在靶面上加跑道磁场来控制电子的运动，延长其在靶面周围的行程，以提高等离子体的密度，是物理气相沉积（PVD）的一种。

因此，溅射镀膜的速率得到了极大提升[2]。

近年来，磁控溅射技术发展很快，具有代表性的方法有平衡磁控溅射、非平衡磁控溅射、反应磁控溅射和脉冲磁控溅射等[3-6]。

TiN薄膜属于第Ⅳ族过渡金属氮化物，NaCl面心立方晶体结构类型，具有高熔点、高硬度、优异的热和化学惰性、导电性、耐腐蚀性和生物相容性[7-10]。

正是由于这些优异的性能，TiN在建筑、装饰、机械加工、航空航天以及微电子工业等领域，得到了广泛应用。

1.1 实验介绍实验选用靶材为定制的73×3mm氮化钛靶材，基体采用玻璃载片，溅射前用酒精及超声波清洗基体。

磁控溅射实验流程：开机准备工作—抽取真空—充气—溅射—整理工作。

样品的制备条件为：真空度5×10-4Pa，氩气流量设置为30sccm，溅射时间设置为20分钟，压强设置在3Pa，温度为室温，电压分别设置在500V、750V、1100V、1300V，对应的电流分别是0.1A、0.13A、0.16A、0.2A，并分别将其编号为1号、2号、3号、4号样品。

氮化钛（TiN）薄膜光学性质的研究进展
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
氮化钛(TiN)薄膜光学性质的研究进展
介绍了拟合氮化钛薄膜光学常数常用的色散模型，且结合第一性原理
计算出的能带结构和态密度给予阐述;概括了氮化钛在表面等离子体共振方面的
研究进展和掺杂对于氮化钛薄膜光学性能的影响;并且指出了氮化钛在节能镀膜
玻璃方面的应用。

TiN 薄膜以其制备工艺成熟稳定、价格低廉以及耐磨耐腐蚀特性好，而
广泛应用于切削工具和机械零件的硬质涂层保护膜。

近年来，随着科技的发展
和工业的需求，TiN 在MEMS、太阳能电池的背电极、燃料电池、纳米生物技术、节能镀膜玻璃等领域的应用都有相关的报道。

关于TiN 薄膜的研究已经从原有的注重力学机械性能，逐渐转向光电性能;其
中关于薄膜光学性质的研究报道已有很多，本文将综述已有的研究成果，着重
从物理原理的角度解析TiN 薄膜的光学性质。

TiN 薄膜的光学性质
TiN 的能带结构和态密度
TiN 属于面心立方结构，晶格中参与成键的价电子有过渡族金属Ti 的
3d24s2 和N 的2p3。

通过采用缀加平面波方法和第一性原理计算可以得出TiN 的能带结构和态密度，进而计算出材料中电子的填充态和未填充态，再根据跃
迁的选择定则，计算出跃迁矩阵元和吸收系数，从而得到介电函
数的虚部;再根
据Kramers- Kronig 变换关系就可得出介电函数的实部，据Maxwell 关系式就可以确定材料的折射率和消光系数。

因此分材料的能带结构和态密度对材料光
学性质的影响就显得非常重要。

根据跃迁选择定则和计算出的TiN 能带结构显示，跃迁过程将会发生。

氮化钛薄膜的制备及应用氮化钛是一种具有优良物理化学性质的材料，其薄膜制备及应用具有重要意义。

本文将从氮化钛薄膜的制备方法、表征手段以及在太阳能电池、光电催化和传感器等领域的应用进行详细阐述。

首先，氮化钛薄膜的制备方法有多种，包括物理蒸发沉积、磁控溅射、分子束外延和溶液法等。

其中，物理蒸发沉积是一种常用的方法，通过在真空下将氮化钛靶材加热到一定温度，使得其表面分子蒸发并沉积在基底上，形成薄膜。

而溶液法则是将氮化钛前驱体溶解在溶剂中，并通过各种方法如溶胶-凝胶法、水热法等进行薄膜的制备。

这些方法制备的氮化钛薄膜具有结晶度高、纯度较高、薄膜致密度好等特点。

其次，表征手段是评价氮化钛薄膜性质的重要方法。

常用的表征手段包括扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱等。

SEM和TEM可以用来观察薄膜的形貌和结构，XRD可以分析薄膜的晶体结构和晶格常数，FTIR光谱则可用来研究薄膜的化学成分和官能团。

氮化钛薄膜在太阳能电池领域具有重要的应用价值。

它可以作为吸收层用于太阳能电池中，提高光吸收能力。

研究表明，氮化钛薄膜对可见光和红外光有很好的吸收能力，且具有较高的载流子迁移率和较长的寿命，可用于提高光电转化效率。

此外，氮化钛还可以作为导电薄膜用于太阳能电池的电极材料，提高电池的导电性和稳定性。

除了太阳能电池，氮化钛薄膜还在光电催化领域表现出良好的应用潜力。

其在水分解和光催化氧化等反应中具有优异的活性和稳定性。

研究发现，氮化钛薄膜通过吸收光能，产生电子-空穴对，并利用这些载流子参与催化反应，从而实现了光催化反应的高效率。

这使得氮化钛薄膜在水处理、空气净化和有机废物降解等领域有广阔的应用前景。

此外，氮化钛薄膜还在传感器领域发挥着重要作用。

研究表明，氮化钛薄膜具有优异的气敏特性和光敏特性。

通过在薄膜表面引入特定的官能团，可以实现对特定气体或光信号的高灵敏度检测。