导读： 由过渡金属氮化物具有高熔点、高硬度、高热导率和良好化学稳定性等优异的特性入手，分析了 过渡金属氮化物的合成与表征 ，由硕士论文事业部整体提供。
第 1 章 绪 论
1.1 过渡金属氮化物概述
过渡金属氮化物是一类金属间充型化合物，同时具有过渡金属、共价化合物和离子晶体的性质。该类化合物因具有高熔点，高硬度，高热导率，良好的导电性、化学稳定性、耐腐蚀性等优异的特性，被广泛应用于切削工具、耐磨部件、涂层材料、电性能结构材料、电磁元件和超导材料等很多领域。此外，在 1985 年 Boudart 等采用 MoO与 NH3程序升温反应方法合成出比表面积高达 220 ㎡/g 的 γ-Mo2N[1]，开创了过渡金属氮化物催化性能研究的新局面。研究表明，过渡金属氮化物在许多涉氢反应中，如加氢脱氮(HDN)、加氢脱硫(HDS)、氨的合成与分解等中都表现了良好的催化活性，丝毫不逊色于 Pt 和 Rh 等贵金属的催化性能，被誉为“准铂催化剂”。并且，氮溶解到金属里还可以形成固溶体，具有相对较高的临界温度，有望应用于超导器件的制备上，特别是在超导无线电频率谐振器上取代传统的金属材料。
过渡金属氮化物作为一种新型材料已经引起人们的广泛关注，随着对其合成机理、合成条件和理化性能的深入研究，过渡金属氮化物理论研究的重要意义和广阔的应用前景已经越来越多的展现出来。
1.2 本文制备的 4 种氮化物的主要性能及其应用的研究进展
1.2.1 氮化钛的主要性能及其应用的研究进展
氮化钛具有熔点高，硬度大，高温化学稳定性好，优良的导电、导热性能，光学性能，生物相容性等优异特性，适用于耐高温、耐磨损、低辐射玻璃涂层及医学领域。因其具有较高的生物兼容性，在临床医学和口腔医学方面也具有很高的应用价值。首饰工业上用氮化钛作金色涂料，主要用于涂表壳。已有研究表明，纳米 TiN 改性的 Ti(C，N)基金属陶瓷刀具是一种具有高技术含量、高附加值的新型刀具，与普通硬质合金刀具相比，刀具耐用度和使用寿命成倍提高。
氮化钛因其熔点高、硬度大、摩擦系数小，是热和电的良导体而成为一种新型的多功能金属陶瓷材料。Kieffer 等人发现，将 TiN 添加到 TiC-Mo-Ni 系金属陶瓷中，可显著细化硬质相晶粒，改善金属陶瓷的室温和高温理学性能，大幅度地提高金属陶瓷的高温耐腐蚀性和氧化性能。研究还发现，TiN 粉末作为添加剂，以 5%～10%比例添加到陶瓷中，可大幅度提高基体的强度、韧性、硬度。通过机械混合法、非均相沉淀法和共沉淀等可以制备添加有 TiN 的TiN/Al2O3复相纳米陶瓷，此种陶瓷中添加的 TiN 颗粒易于形成导电网络，可作为电子元件的材料应用于半导体工业中。TiN 也可以添加到镁碳砖中，明显提高了镁碳砖的抗渣侵蚀性。
首先，氮化钛做为优良的结构材料多用于高强度的金属陶瓷工具、喷汽推进器、以及火箭等。另外，氮化钛因其摩擦系数较低，还可作为高温润滑剂使用。氮化钛合金在轴承和密封环上的使用也显示出优异的效果。氮化钛有良好的导电性，可用作，熔盐电解的电极以及点触头等材料。氮化钛有较高的超导临界温度，是优良的超导材料。因此，氮化钛是一种具有广阔应用前景的材料。
深受人们关注的是，氮化钛涂层及其烧结体色泽呈现金黄色，可作为代金装饰材料，具有很好的仿金效果与装饰价值，是代替目前广泛使用的 WC 的潜在材料，可以大大降低材料应用的成本[。在玻璃上镀氮化钛膜可制备成一种新的“热镜材料”，当薄膜的厚度大于 90nm 时，红外线的反射率大于 75％，可使玻璃的保温性能提高。还可以通过调整氮化钛中氮的含量来改变薄膜的颜色，使之达到理想的美观效果。随着含氮金属陶瓷工具的开发以及国际上代金装饰技术的飞快发展，工业对氮化钛粉末的需要急剧增加起来，使其应用具有十分广阔的前景。氮化钛涂层不仅价格低廉，而且它在耐腐蚀、耐摩擦等性能方面都胜过真空涂层。因此，对氮化钛的研究具有重要的经济意义。
氮化钛晶体结构与 NaCl 晶体结构相似，整体呈面心立方(fcc)结构，其中氮原子占据面心立方的顶角，钛原子占据面心立方的(1/2，0，0)位置。氮化钛为非化学计量化合物，它的组成范围为 TiN0.6～TiN
1.16，氮的含量可在一定范围内变化而不引起氮化钛的结构发生变化。由于 TiN、TiC、TiO 三者晶格参数接近（分别为 4.23，4.238，4.15Å）氮原子常被碳原子、氧原子以任意比例取代形成固溶体，氮原子的变化会引起氮化钛的物理性质发生变化如氮含量减小，碳含量增加，氮化钛的晶格参数增大，显微硬度增大，抗震性降低。氮化钛粉末一般呈黄褐色，超细氮化钛粉末呈黑色，而氮化钛晶体呈黄色，具有金属光泽。氮化钛的熔点为 2950～3205℃，密度为 5.43～5.44g/cm3，莫氏硬度 8～9 ，线膨胀系数为 5.71 ～ 7.05×106(1/K)(25℃) ，热导率为 25.08(W·m-1·K-1)(300 ～2000℃)。氮化钛具有比大多数过渡金属氮化物都高的熔点以及比大多数金属氮化物都低的密度，所以它是一种很有特色的耐火材料。氮化钛的化学稳定性很好，它与水、水蒸气、盐酸、硫酸等均不作用，但在氢氟酸中有一定的溶解度。氮化钛在氢氟酸与氧化剂共存如 HF+HNO3,HF+KMnO4等的情况下溶解。在强碱溶液中，氮化钛分解放出氨气。
参考文献
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摘要 5-6
Abstract 6
第1章 绪论 10-19
1.1 过渡金属氮化物概述 10
1.2 本文制备的 4 种氮化物的主要性能及其应用的研究进展 10-13
1.2.1 氮化钛的主要性能及其应用的研究进展 10-12
1.2.2 氮化铁的主要性能及其应用的研究进展 12
1.2.3 氮化铬的主要性能及其应用进展 12
1.2.4 氮化镍的主要性能及其应用进展 12-13
1.3 氮化钛的常见制备方法 13-15
1.3.1 金属钛粉直接氮化法 13
1.3.2 氧化钛还原氮化法 13
1.3.3 化学气相沉积法 13
1.3.4 自蔓延高温合成法 13-14
1.3.5 溶剂热合成法 14
1.3.6 机械合金化法 14
1.3.7 氨解法 14
1.3.8 化学反应法 14-15
1.3.9 溶胶—凝胶法 15
1.4 氮化铁的常见合成方法 15
1.4.1 Fe(CO)_5氮化法 15
1.4.2 卤铁盐及铁氧化物还原氮化法 15
1.5 氮化铬常见的制备方法 15-16
1.5.1 高能球磨法 15
1.5.2 苯热法 15-16
1.5.3 机械活化法 16
1.5.4 高温自蔓延法 16
1.6 氮化镍的制备 16
1.7 过渡金属氮化物的制备存在的问题和发展趋势 16-17
1.8 本论文所用前驱体法的介绍 17
1.9 本课题的研究目的、主要内容以及实验过程中面临的关键问题 17-19
第2章 实验内容与方法 19-26
2.1 实验药品及仪器 19
2.2 材料制备 19-23
2.2.1 氮化钛、氮化铬的制备 19-21
2.2.2 氮化铁、氮化镍的制备 21-23
2.3 材料表征 23-26
2.3.1 X-射线衍射分析（XRD） 23-24
2.3.2 场发射扫描电镜分析（FE-SEM） 24
2.3.3 热分析（TG-DTA） 24
2.3.4 X 射线能谱仪（EDS） 24-26
第3章 氮化钛的制备及表征 26-46
3.1 不同 R 值（尿素/金属氯化盐的摩尔比）对产物合成的影响 26-30
3.2 反应温度对产物合成的影响 30-38
3.2.1 热分析 30-31
3.2.2 物相分析 31-33
3.2.3 形貌分析 33-35
3.2.4 EDS 能谱分析 35-38
3.3 时间对产物合成的影响 38-43
3.3.1 物相分析 38-39
3.3.2 形貌分析 39-40
3.3.3 EDS 能谱分析 40-43
3.4 溶剂对产物合成的影响 43-45
3.5 本章小结 45-46
第4章 氮化铁的制备及表征 46-54
4.1 热分析 46-47
4.2 物相分析 47-50
4.3 形貌分析 50-51
4.4 EDS 能谱分析 51-53
4.5 本章小结 53-54
第5章 氮化铬和氮化镍的制备及表征 54-61
5.1 氮化铬的制备及表征 54-58
5.1.1 氯化铬尿素配合物前驱体的热分析 54-55
5.1.2 物相分析 55-56
5.1.3 形貌分析 56
5.1.4 EDS 能谱图 56-58
5.2 氮化镍粉体的制备与表征 58-60
5.2.1 硝酸镍尿素前驱体热分析 58-59
5.2.2 物相分析 59-60
5.3 本章小结 60-61
结论 61-63
参考文献 63-69
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果 69-70
致谢 70-71
作者简介 71
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