CN102120567A - 一种制备氮化钒的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制备氮化钒的工艺，利用醇热法，结合氮气保护下焙烧，低温制备氮化钒。本发明的优点在于工艺简单易操作，可在较低的温度下制备氮化钒；反应过程容易控制；产物收率高、纯度高，不含杂质。

Description

一种制备氮化钒的工艺

技术领域

本发明为氮化钒材料的制备，特别涉及一种醇热法低温制备氮化钒工艺。

背景技术

氮化钒VN又名钒氮合金，是一种硬度高，电导率高，力学性能强，热稳定性好，抗氧化和耐腐蚀性好的新型材料。广泛用于切削工具、磨具和结构材料中。同时也是一种良好的催化剂，具有高催化活性、高选择性、良好的稳定性和抗中毒性能。作为一种合金添加剂，可用来提高钢的强度、韧性、延展性及抗热疲劳性等综合机械性能，并使钢具有良好的可焊性。在相同强度下，氮化钒的添加，节约了钒加入量，进而降低了成本；同时更有利于钒、氮收得率稳定，减少钢的性能波动，起到有效的强化和细化晶粒作用。由于具有替代钒铁的突出性能，又被应用于结构钢，工具钢，管道钢，钢筋及铸铁中，已经成为高端冶金技术领域的重要材料。

现有的制备氮化钒方法有多种：例如碳热还原法；镁热还原法；微波合成法；自蔓延高温合成法(SHS)；快速固相合成法(SSM)；以及等离子体法、常温下VCl₄和NaNH₂直接氮化法等等。这些方法中有的工艺要求苛刻；有的反应过程不易控制；有的产物收率低且产品中含有杂质，颗粒形状不规整。制备方法中碳热还原法由于方法简便、易操作，应用最为广泛，是工业化生产金属氮化钒最常用的方法之一。现有的碳热还原法利用钒氧化物为原料，在碳质还原剂存在的情况下，氮气气氛中高温焙烧制得氮化钒，合成温度为1100～1800℃。由于合成氮化钒粉体的烧结温度高，以及烧结后颗粒形状不规整，影响和限定了氮化钒材料的广泛应用。因此发明一种合成温度低、操作容易、制备方法简单、产品质量好的醇热法制备氮化钒工艺有着重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备氮化钒的工艺，利用醇热法，合成温度低、操作容易、制备方法简单、产品质量好。

本发明的技术方案为，一种利用醇热法低温制备氮化钒的工艺，包括如下步骤：

(1)将钒氧化合物缓慢加入醇溶剂中，搅拌10～30min后加入乙醚；醇溶剂与乙醚体积比为2～4∶1；钒氧化合物与醇溶剂的质量体积比为0.02～0.05g/mL；

(2)将步骤(1)产物在350～400K下静置陈化24～96h；

(3)将步骤(2)产物取出、自然冷却至室温，取沉淀物洗涤并烘干；

(4)将步骤(3)产物移入焙烧炉中，氮气保护，1100～1200K焙烧并保持6～12h后冷却。

步骤(1)中的钒氧化合物优选为偏钒酸铵。

步骤(1)中的醇溶剂为乙二醇、丙二醇、丙三醇、乙醇与乙二醇的混合物、乙醇与丙二醇的混合物或者乙醇与丙三醇的混合物。

步骤(3)中用无水乙醇洗涤沉淀；干燥的温度为360～400K。

本发明的要点是：通过醇热法结合氮气保护下焙烧，低温制备氮化钒。首先，在常温下，配制前驱溶液；然后将前驱溶液保温陈化，得到的沉淀物进行洗涤干燥处理，控制焙烧时间和温度，在氮气保护下焙烧；最后，冷却至室温即可得到氮化钒。

本发明的优点在于工艺简单易操作，可在较低的温度下制备氮化钒；反应过程容易控制；产物收率高、纯度高，不含杂质。

附图说明

图1是实施例1所得到VN前驱物的SEM图。

图2是氮气保护下，焙烧得到的VN样品的SEM图。

图3是实施例1所制备VN样品的XRD图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细、完整地说明：

实施例1

常温(273～303K)下将10mL的丙三醇(购自中国医药集团上海化学试剂公司[实验试剂AR])缓慢滴入到20mL无水乙醇溶液中，剧烈搅拌，得到溶液A。取偏钒酸铵(购自上海青析化工科技有限公司[实验试剂AR])1g加入到A溶液中并剧烈搅拌，待加完后继续搅拌30min得到均匀溶液。

将10mL乙醚加入到所得到的溶液中，继续搅拌10min，得溶液B。将溶液B转移到50mL水热釜中，保持温度383K，放置48h，取出并自然冷却至室温(273～303K)。取出沉淀物用乙醇洗涤3次至乙醇无色，放入373K烘箱干燥，获得钒前驱物，SEM图如图1所示。

将获得的钒前驱物，转移到马弗炉中，在氮气保护下，焙烧1173K并保持10h。冷却至室温，这样就得到了球状结构的氮化钒VN，SEM和XR图如图2、图3所示。

实施例2

常温(273～303K)下取30mL的丙三醇(购自中国医药集团上海化学试剂公司[实验试剂AR])；取偏钒酸铵(购自上海青析化工科技有限公司[实验试剂AR])1g加入到丙三醇中并剧烈搅拌，待加完后继续搅拌30min得到均匀的溶液。

将10mL乙醚加入到所得到的溶液中，继续搅拌10min，得溶液B。将溶液B转移到50mL水热釜中，保持温度383K，放置48h，取出并自然冷却至室温(273～303K)。取出沉淀物用乙醇洗涤3次至乙醇无色，放入373K烘箱干燥，获得钒前驱物。

将获得的钒前驱物，转移到马弗炉中，在氮气保护下，焙烧1173K并保持10h。冷却至室温，这样就得到了球状结构的氮化钒。

实施例3

常温将10mL的丙二醇(购自中国医药集团上海化学试剂公司[实验试剂AR])缓慢滴入到20mL无水乙醇溶液中，剧烈搅拌，得到溶液A。取偏钒酸铵(购自上海青析化工科技有限公司[实验试剂AR])1g加入到A溶液中并剧烈搅拌，待加完后继续搅拌30min得到均匀的溶液。

将10mL乙醚加入到所得到的溶液中，继续搅拌10min，得溶液B。将溶液B转移到50mL水热釜中，保持温度383K，放置48h，取出并自然冷却至室温。取出沉淀物用乙醇洗涤3次至乙醇无色，放入373K烘箱干燥，获得钒前驱物。

将获得的钒前驱物，转移到马弗炉中，在氮气保护下，焙烧1173K并保持10h。冷却至室温，这样就得到了球状结构的氮化钒。

实施例4

常温(273～303K)下取30mL的乙二醇(购自中国医药集团上海化学试剂公司[实验试剂AR])；取偏钒酸铵(购自上海青析化工科技有限公司[实验试剂AR])1g加入到乙二醇中并剧烈搅拌，待加完后继续搅拌30min得到均匀的溶液。

将10mL乙醚加入到所得到的溶液中，继续搅拌10min，得溶液B。将溶液B转移到50mL水热釜中，保持温度383K，放置48h，取出并自然冷却至室温(273～303K)。取出沉淀物用乙醇洗涤3次至乙醇无色，放入373K烘箱干燥，获得钒前驱物。

将获得的钒前驱物，转移到马弗炉中，在氮气保护下，1173K焙烧并保持10h。冷却至室温，这样就得到了球状结构的氮化钒。

实施例3中的丙二醇还可以用乙二醇代替，结果相同。

Claims (6)

1.一种制备氮化钒的工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将钒氧化合物缓慢加入醇溶剂中，搅拌均匀后加入乙醚；

(2)将步骤(1)产物在350～400K下静置陈化24～96h；

(3)将步骤(2)产物取出冷却，取沉淀物洗涤并烘干；

(4)将步骤(3)产物移入焙烧炉中，氮气保护，1100～1200K下焙烧并保持6～12h后冷却。

2.权利要求1所述制备氮化钒的工艺，其特征在于，步骤(1)中醇溶剂与乙醚的体积比为2～4∶1。

3.权利要求1所述制备氮化钒的工艺，其特征在于，步骤(1)中的钒氧化合物与醇溶剂的质量体积比为0.02～0.05g/mL。

4.权利要求1所述制备氮化钒的工艺，其特征在于，步骤(1)所述的钒氧化合物为偏钒酸铵。

5.权利要求1所述制备氮化钒的工艺，其特征在于，步骤(3)中用无水乙醇洗涤沉淀。

6.权利要求1所述制备氮化钒的工艺，其特征在于，步骤(3)中干燥的温度为360～400K。

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