東京工科大学　工学部　応用化学科　ブログ

　以前、金属窒化物について紹介しました（その１、その２）。

　金属窒化物の中で、TiN（窒化チタン）という化合物は、硬度が高く（モース硬度；9）、工具類や装飾品のコーティング材として用いられています。TiNは、硬いだけでなく金色を呈し、きらびやかな装飾品にはもってこいなのです。

　ですが、TiNという物質は案外熱に弱いのです。600℃以上の高温に曝されると、表面が酸化してTiO₂（モース硬度；～6）になってしまいます。そこで私たちは、TiNを別の金属窒化物と組み合わせることで、特性を改善できることを見出してきました。私たちの研究の一端を紹介したいと思います。今回のお話は、私たちが見出した特性改善を原子のレベルで電子の目で見たらどう説明できるか、というものです。

　TiNは、4（4B）族金属の金属窒化物で、岩塩型（NaCl型）の結晶構造をとり、TiとN原子が交互に並んでいます。TiN中のTi原子の一部をAl原子で置き換えた化合物では（置換固溶）、TiNよりも酸化されにくくなりました。また、一連の金属窒化物では、周期表上、右側の金属の金属窒化物の方が熱的な安定性が低下します。

　これらの実験事実を化学結合の立場から明らかにするために、DV-Xα法^＊という量子化学計算を行いました。