碳氮化鈦材料有熔點高、強度高、耐磨性強、耐腐蝕及抗氧化等優良特性，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。

                   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。

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 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。

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

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。

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。