Qu’est-ce que le nitrure de titane ?
Le nitrure de titane est un solide cristallin de couleur bronze.
Il est produit en chauffant de l’oxyde de titane et du carbone dans de l’azote. La modification de surface, dans laquelle les substrats de titane sont traités dans un plasma d’azote et des ions d’azote sont injectés dans la surface, est une autre méthode dont on se sert parfois pour le produire.
Le nitrure de titane est souvent utilisé comme matériau de revêtement, car ses couches minces se caractérisent par leur similitude spectrale avec l’or (Au), par exemple en réfléchissant le rayonnement infrarouge. Par conséquent, les revêtements fabriqués à partir de nitrure de titane ont un aspect jaunâtre.
Utilisations du nitrure de titane
Le nitrure de titane présente une excellente adhérence au film, ainsi qu’une résistance à l’usure, à la corrosion et à la chaleur. Il peut donc être utilisé dans une large gamme d’utilisations. Par exemple comme matériau de revêtement général pour les outils en carbure cémenté et les outils de coupe, les récipients alimentaires et les équipements de transformation des aliments.
La belle couleur dorée du revêtement en nitrure de titane permet également de l’utiliser à des fins décoratives. Plus précisément, il peut être appliqué sur les surfaces des pièces décoratives des mandrins d’outils électriques, des accessoires architecturaux et des ornements.
Le nitrure de titane étant non toxique, il trouve également des applications dans le secteur médical, comme les implants médicaux, les scalpels chirurgicaux et les scies à os.
Propriétés du nitrure de titane
Le nitrure de titane a une dureté proche de celle du diamant. Il est chimiquement stable en raison de sa grande résistance à la chaleur et de son point de fusion élevé. Il a une dureté Vickers de 2 400, un module d’élasticité de 251 GPa, un point de fusion de 2 930 °C, un coefficient de dilatation thermique de 9,35 x 10-6K-1 et une température de transition supraconductrice de 5,6 K.
Le nitrure de titane réfléchit le rayonnement infrarouge. Son spectre de réflexion est similaire à celui de l’or, ce qui lui donne une teinte jaune. En fonction du substrat et de l’état de surface, le coefficient de frottement du nitrure de titane par rapport à une autre surface de celui-ci qui est non lubrifiée est compris entre 0,4 et 0,9.
Il a été démontré que les films de nitrure de titane passent du statut d’isolant à paire de Cooper à celui de superisolant lorsqu’ils sont refroidis à une température proche du zéro absolu. Un superisolant est un matériau dans lequel la résistance électrique devient infinie à une certaine température finie à basse température et dans lequel l’électricité ne peut pas passer.
Structure du nitrure de titane
La formule chimique du nitrure de titane est TiN et sa masse molaire est de 61,874 g/mol. La structure cristalline du nitrure de titane est approximativement stœchiométrique 1:1 et présente une structure de type chlorure de sodium.
La structure de coordination est octaédrique. De plus, les composés TiNx avec x compris entre 0,6 et 1,2 sont également thermodynamiquement stables.
Autres informations sur le nitrure de Titane
1. Nitrure de titane dans les météorites
Dans la nature, le nitrure de titane ne se trouve que dans les météorites. Il se trouve en particulier dans les osbornites.
2. Production de nitrure de titane
Les méthodes les plus courantes de production de films de nitrure titane sont le dépôt physique en phase vapeur et le dépôt chimique en phase vapeur. Le dépôt physique en phase vapeur est une méthode de dépôt qui consiste à former des films minces à la surface d’un matériau.
Un film mince d’une substance est déposé sur une surface en phase gazeuse par des moyens physiques. En revanche, le dépôt chimique en phase vapeur est une méthode de dépôt qui permet de former des couches minces de substances. En amenant une matière première gazeuse contenant les composants d’un film mince sur un substrat chauffé dans un tube de réaction en quartz ou en matériau similaire, un film est déposé sur la surface du substrat ou dans la phase vapeur par une réaction chimique.
Dans le dépôt physique et chimique en phase vapeur, le titane de haute pureté est sublimé. Il réagit ainsi avec l’azote dans un environnement sous vide à haute énergie. Des films de nitrure de Titane peuvent également être produits sur des pièces en titane par croissance réactive dans une atmosphère d’azote, comme le recuit.
3. Réactions du nitrure de titane
Dans l’air, le nitrure de titane s’oxyde à 800 °C. Des essais en laboratoire montrent qu’il est chimiquement stable à 20°C, mais qu’il peut être lentement corrodé dans des solutions acides concentrées à des températures élevées.
Le nitrure de titane est légèrement soluble dans l’eau royale, l’acide nitrique et l’acide fluorhydrique, mais insoluble dans l’eau.