CN102268686A - 一种熔盐中电化学还原固态金属氧化物低温合成高熔点金属碳化物方法 - Google Patents
一种熔盐中电化学还原固态金属氧化物低温合成高熔点金属碳化物方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明一种熔盐中电化学还原固态金属氧化物低温合成高熔点金属碳化物方法，涉及高熔点金属碳化物低温合成技术领域。该方法步骤包括：(1)以氯化钙作熔盐电解质，200℃，恒温2天脱水；(2)将金属氧化物粉和碳粉按比例球磨混合、压块，氩气保护烧结制成阴极片；石墨等碳素材料为阳极；(3)将阴极片放入石墨坩埚兼阴极导体中，加入氯化钙，氩气保护，极间距≥1cm、850℃左右，施加低于氯化钙分解高于金属氧化物还原的恒电压合成高熔点金属碳化物；(4)还原一段时间后取出阴极片，再放入另一个阴极片继续还原；取出的阴极片破碎，水洗除盐，60℃烘干，检查、封装。该方法工艺流程短，能耗少，成本低，对环境友好。高熔点金属碳化物含量可达2-4N。
Description
技术领域
本发明涉及高熔点金属碳化物低温合成技术领域，具体涉及一种熔盐中电化学还原固态金属氧化物低温合成高熔点金属碳化物方法。
背景技术
高熔点金属碳化物具有高熔点、高硬度、高电导性、导热性好、抗氧化、化学性质稳定和热稳定性好的特点，其及其复合制品在机械加工、化工、冶金矿产、航天领域、聚变堆和微电子等高技术领域有着很好的应用前景。
目前国内外高熔点金属碳化物合成的主要方法有碳热还原法、直接反应法和溶胶凝胶法。此外，还有如金属热还原法、微波法、热等离子法，化学气相沉积法等方法。然而反应温度高、能耗大、成本高，或原料获得困难和工艺复杂、设备要求高、污染环境等问题一直困扰着高熔点金属碳化物的生产。
发明内容
针对现有高熔点金属碳化物合成技术的不足之处，本发明提供一种熔盐中电化学还原固态金属氧化物低温合成高熔点金属碳化物方法。
本发明方法以氯化钙为电解质，金属氧化物与碳粉的混合物压片烧结制成阴极，石墨为阳极，施加低于氯化钙分解电压，850℃左右，电化学还原合成高熔点金属碳化物。生产高熔点金属碳化物时，将金属氧化物粉和碳粉按比例在球磨机中充分混合后，压块烧结制成固态阴极；石墨坩埚兼阴极导体；石墨等碳素材料为阳极；氯化钙烘干除水，Ar气体保护，极间距≥1cm、850℃左右，施加低于氯化钙分解而高于氧化物分解恒电压还原合成高熔点金属碳化物。电解一段时间后取出阴极，再插入另一个阴极连续电解合成高熔点金属碳化物。取出的阴极破碎，水洗除盐，60℃烘干，检测、封装。
本发明的熔盐电解质氯化钙采用常规方法200℃恒温2天脱水制成。
本发明方法利用熔盐中电化学还原固态高熔点金属氧化物与碳的混合物直接低温合成高熔点金属碳化物，方法简单，工艺流程短，能耗少，成本低，对环境友好。通过化学分析对产品进行分析，生产的高熔点金属碳化物纯度可达2-4N。
具体实施方式
实施例1
将2公斤按照摩尔比为1∶2的TiO2-C在球磨机中充分混合，压块成型，1100℃，Ar气体保护烧结制成固态阴极，放入石墨坩埚兼阴极导体；将2公斤氯化钙200℃恒温2天脱水后加入到石墨坩埚中；将坩埚放入封闭反应器内，通入Ar保护气氛，通电加热到850℃，电解质熔化后，插入石墨棒阳极，极间距保持1～2cm，通电压3.1V电解，电解10小时，取出阴极片，放入另一个阴极片继续电解。将取出阴极片粉碎，水洗除盐，60℃烘干，封装。通过化学分析，产品中碳化钛含量可达2～4N。
实施例2
将2公斤按照摩尔比为2∶5的WO3-C在球磨机中充分混合，压块成型，1000℃，Ar气体保护烧结制成固态阴极，放入石墨坩埚兼阴极导体；将2公斤氯化钙200℃恒温2天脱水后加入到石墨坩埚中；将坩埚放入封闭反应器内，通入Ar保护气氛，通电加热到850℃，电解质熔化后，插入石墨棒阳极，极间距保持1～2cm，通电压3.1V电解，电解10小时，取出阴极片，放入另一个阴极片继续电解。将取出阴极片粉碎，水洗除盐，60℃烘干，封装。通过化学分析，产品中碳化钨含量可达2～4N。
实施例3
将2公斤按照摩尔比为3∶7的Cr2O3-在球磨机中充分混合，压块成型，1100℃，Ar气体保护烧结制成固态阴极，放入石墨坩埚兼阴极导体；将2公斤氯化钙200℃恒温2天脱水后加入到石墨坩埚中；将坩埚放入封闭反应器内，通入Ar保护气氛，通电加热到850℃，电解质熔化后，插入石墨棒阳极，极间距保持1～2cm，通电压3.1V电解，电解10小时，取出阴极片，放入另一个阴极片继续电解。将取出阴极片粉碎，水洗除盐，60℃烘干，封装。通过化学分析，产品中碳化铬含量可达2～4N。
实施例4
将2公斤按照摩尔比为1∶2的ZrO2-C在球磨机中充分混合，压块成型，1100℃，Ar气体保护烧结制成固态阴极，放入石墨坩埚兼阴极导体；将2公斤氯化钙200℃恒温2天脱水后加入到石墨坩埚中；将坩埚放入封闭反应器内，通入Ar保护气氛，通电加热到850℃，电解质熔化后，插入石墨棒阳极，极间距保持1～2cm，通电压3.1V电解，电解10小时，取出阴极片，放入另一个阴极片继续电解。将取出阴极片粉碎，水洗除盐，60℃烘干，封装。通过化学分析，产品中碳化锆含量可达2～4N。
实施例5
将2公斤按照摩尔比为2∶9的Ta2O5-C在球磨机中充分混合，压块成型，1100℃，Ar气体保护烧结制成固态阴极，放入石墨坩埚兼阴极导体；将2公斤氯化钙200℃恒温2天脱水后加入到石墨坩埚中；将坩埚放入封闭反应器内，通入Ar保护气氛，通电加热到850℃，电解质熔化后，插入石墨棒阳极，极间距保持1～2cm，通电压3.1V电解，电解10小时，取出阴极片，放入另一个阴极片继续电解。将取出阴极片粉碎，水洗除盐，60℃烘干，封装。通过化学分析，产品中碳化钽含量可达2～4N。
实施例6
将2公斤按照摩尔比为2∶9的Nb2O5-C在球磨机中充分混合，压块成型，1100℃，Ar气体保护烧结制成固态阴极，放入石墨坩埚兼阴极导体；将2公斤氯化钙200℃恒温2天脱水后加入到石墨坩埚中；将坩埚放入封闭反应器内，通入Ar保护气氛，通电加热到850℃，电解质熔化后，插入石墨棒阳极，极间距保持1～2cm，通电压3.1V电解，电解10小时，取出阴极片，放入另一个阴极片继续电解。将取出阴极片粉碎，水洗除盐，60℃烘干，封装。通过化学分析，产品中碳化铌含量可达2～4N。
实施例7
将2公斤按照摩尔比为2∶9的V2O5-C在球磨机中充分混合，压块成型，1100℃，Ar气体保护烧结制成固态阴极，放入石墨坩埚兼阴极导体；将2公斤氯化钙200℃恒温2天脱水后加入到石墨坩埚中；将坩埚放入封闭反应器内，通入Ar保护气氛，通电加热到850℃，电解质熔化后，插入石墨棒阳极，极间距保持1～2cm，通电压3.1V电解，电解10小时，取出阴极片，放入另一个阴极片继续电解。将取出阴极片粉碎，水洗除盐，60℃烘干，封装。通过化学分析，产品中碳化钒含量可达2～4N。
Claims (5)
1.一种以氯化钙为熔盐电解质，固态金属氧化物与碳的混合物烧结制成阴极片，石墨等碳素材料为阳极，850℃左右，施加低于氯化钙分解分解高于金属氧化物还原的电压，电化学低温合成高熔点碳化物方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)以氯化钙作熔盐电解质，先将氯化钙200℃，恒温2天脱水；
(2)将金属氧化物粉和碳粉按比例称量，在球磨机中充分混合后压块，氩气保护烧结制成阴极片；石墨等碳素材料为阳极；
(3)将阴极片放入石墨坩埚兼阴极导体中，添入氯化钙熔盐电解质，氩气保护，极间距≥1cm、850℃左右，施加低于氯化钙分解高于金属氧化物还原的恒电压还原合成高熔点金属碳化物；
(4)电解一段时间后取出阴极片，再放入另一个阴极片继续还原；取出的阴极片破碎，水洗除盐，60℃烘干，检查、封装。
2.根据权利要求1所述的一种以氯化钙为熔盐电解质，固态金属氧化物与碳的混合物烧结制成阴极，石墨等碳素材料为阳极，850℃左右，施加低于氯化钙分解分解高于金属氧化物还原的电压，电化学低温合成高熔点碳化物方法，其特征在于步骤(1)以氯化钙作熔盐电解质，先将氯化钙200℃，恒温2天脱水。
3.根据权利要求1所述的一种以氯化钙为熔盐电解质，固态金属氧化物与碳的混合物烧结制成阴极，石墨等碳素材料为阳极，850℃左右，施加低于氯化钙分解分解高于金属氧化物还原的电压，电化学低温合成高熔点碳化物方法，其特征在于步骤(2)将金属氧化物粉和碳粉按比例称量，在球磨机中充分混合后压块，氩气保护烧结制成阴极片；石墨等碳素材料为阳极。
4.根据权利要求1所述的一种以氯化钙为熔盐电解质，固态金属氧化物与碳的混合物烧结制成阴极，石墨等碳素材料为阳极，850℃左右，施加低于氯化钙分解分解高于金属氧化物还原的电压，电化学低温合成高熔点碳化物方法，其特征在于步骤(3)将阴极片放入石墨坩埚兼阴极导体中，添入氯化钙熔盐电解质，氩气保护，极间距≥1cm、850℃左右，施加低于氯化钙分解高于金属氧化物还原的恒电压还原合成高熔点金属碳化物。
5.根据权利要求1所述的一种以氯化钙为熔盐电解质，固态金属氧化物与碳的混合物烧结制成阴极，石墨等碳素材料为阳极，850℃左右，施加低于氯化钙分解分解高于金属氧化物还原的电压，电化学低温合成高熔点碳化物方法，其特征在于步骤(4)电解一段时间后取出阴极片，再放入另一个阴极片继续还原；取出的阴极片破碎，水洗除盐，60℃烘干，检查、封装。
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