CN102718214A

CN102718214A - 一种高均匀性碳氮化钛粉末制备方法

Info

Publication number: CN102718214A
Application number: CN2011100769000A
Authority: CN
Inventors: 马丽丽; 吴冲浒; 文晓; 肖满斗; 何旭东; 吴飞龙; 朱桂容; 程登峰; 肖伟
Original assignee: Xiamen Tungsten Co Ltd
Current assignee: Xiamen Tungsten Co Ltd
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2012-10-10

Abstract

本发明公开一种高均匀性Ti（C，N）粉末制备方法，先根据所制备的Ti（C，N）粉末的C/N比，分别称取TiO₂和碳黑粉末；再对原料进行预处理；然后，经预处理后的原料混合物在80～100℃下干燥，待混合料达到半干状态时取出擦筛，制得粒度约为1mm的混合料粒子；再将已制粒的混合料粒子完全干燥后，取出待用；将制好的混合料转入真空反应器中，在1450～1550℃条件下，在N₂气氛中进行Ti(C,N)粉末的反应制备。在过程中，通过控制炉内的N₂气氛压力可以实现不同C/N比的Ti（C，N）粉末的生产。本方法实现了粉末的均匀反应，制得高纯度，碳氮可控的Ti（C，N）粉末。

Description

一种高均匀性碳氮化钛粉末制备方法

技术领域

本发明涉及一种高均匀性碳氮化钛粉末制备方法。

背景技术

作为一种操作工艺简单，成本较低，原料易得的方法，碳热还原氮化法受到了极大的重视，被应用于Ti（C，N）粉末的大规模生产中。但是由于通过这种方法得到的Ti（C，N）粉末氧含量较高，碳氮比难以控制，使得其在工业应用中受到了一定的控制。

有鉴于此，本发明人专门研究出一种高均0匀性Ti（C，N）粉末制备方法，藉以制得高纯度、碳氮可控的Ti（C，N）粉末，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高均匀性Ti（C，N）粉末制备方法，以实现粉末的均匀反应，制得高纯度，碳氮可控的Ti（C，N）粉末。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种高均匀性Ti（C，N）粉末制备方法，其步骤如下：

第一步，配料：根据所制备的Ti（C，N）粉末的C/N比，分别称取TiO₂和碳黑粉末；

第二步，原料的预处理工艺：以水或酒精作为球磨介质，通过滚动球磨对原料进行预处理。为了达到原料的均匀混合，在混合料中加入一定量（2～5%）的非离子表面活性剂（如：聚乙二醇，平平加等）；

第三步，制粒：经预处理后的原料混合物在80～100℃下干燥，待混合料达到半干状态（溶剂失重约为60～80%质量百分比）时，将混合料取出擦筛，圆筒制粒，制得粒度约为1mm的混合料粒子；

第四步，返干：将已制粒的混合料粒子重新在80～100℃的温度条件下干燥，待混合料完全干燥后，取出待用；

第五步，Ti(C,N)粉末的制备：将制好的混合料转入真空反应器中，在1450～1550℃条件下，在N₂气氛中进行Ti(C,N)粉末的反应制备。在过程中，通过控制炉内的N₂气氛压力可以实现不同C/N比的Ti（C，N）的生产。

过程中，为避免其它杂质的掺入，选用尼龙球磨罐进行原料的预处理。

本发明通过改善碳热还原氮化法的生产工艺，在原料预混合过程中通过引入表面活性剂（非离子型，如，聚乙二醇，平平加等），不仅达到了促进原料均匀混合的目的，同时表面活性剂的引入也使原料制粒成为可能，另外，在粉末的制备过程中，随着反应温度的升高，表面活性剂发生裂解或挥发而从混合原料中排出，从而在混合料中残留下有利于气体流通的孔隙，利于物料的充分反应。另外，在原料制备过程中引入了制粒工艺，便于反应的均匀进行。

本发明中，借助原料的预混合及制粒工艺，实现了粉末的均匀反应，从而制得了高纯度，C/N比可控的Ti（C，N）粉末。通过本发明方法所制得的Ti（C，N）粉末具有低氧含量（O%≤0.1%），C/N比可调的性能。

本方法的特征为：

1）方法中采用的用于原料预混合的球磨罐为尼龙罐，由于尼龙为碳氢化合物，能够充分避免其它杂质的掺入；

2）在原料的预混合过程中加入的表面活性剂为非粒子表面活性剂，如：聚乙二醇，平平加等，这样的表面活性剂不仅有利于两种原料的均匀混合，同时也避免了其它杂质的引入；

3）在本方法中采用了将原料混合物制粒的方式来避免装舟过程中原料的密堆积，为反应气体及生成的废气的进出创造了流通通道，从而有利于物料的均匀反应；

4）通过本方法所制得的Ti（C，N）粉末具有低氧含量（O%≤0.1%），高纯度的特征；

5）采用本方法，通过调节原料配碳量及反应过程中炉内的N₂气分压能够自如的控制Ti（C，N）粉末的C/N比；

6）本方法普遍适用于各种规模的实验及工业生产中。

具体实施方式

本发明方法普遍适用于各种不同C/N比的Ti（C，N）粉末的制备和生产，按照上述各步骤，在不同配碳量及制备工艺条件下，能够实现对Ti（C，N）粉末的C/N比的较好控制，同时所制得的粉末具有氧含量低（O%≤0.1%），纯度高的特征。

下面是本发明的一些特定实例，用于示范而非限定。

例1

采用粒度为1.0～1.5 μm的TiO₂粉末和平均粒度为1.0 μm的炭黑作为原料，按TiO₂:C=1:2.5（物质的量比）的比例配料，在预混合过程中加入3%的PEG-4000作为表面活性剂。通过本发明方法首先制得原料混合料粒子，在1500℃条件下，通过在炉内通入N₂气调节炉内分压为1500～3000 Pa，反应3小时。最后得到TiC_0.5N_0.5粉末产品。

粉末的性能指标：

（1）所制得的粉体为面心立方晶型；

（2） TiC_0.5N_0.5粉体的粒度：D50=1.5～1.7 μm

（3）比表面积：5.60～5.70 m²/g

（4）化学组成：O%≤0.1%，C%=9.6～9.8%，N%=11.35～11.65%。

例2

采用粒度为1.0～1.5 μm的TiO₂粉末和平均粒度为1.0 μm的炭黑作为原料，按TiO₂:C=1：2.7（物质的量比）的比例进行原料配料，在预混合过程中加入3%的PEG-4000作为表面活性剂。通过本发明方法首先制得原料混合料粒子，在1500℃条件下，通过在炉内通入N₂气调节炉内分压为1250～1700 Pa，反应2.5小时。得到TiC_0.7N_0.3粉末产品。

粉末的性能指标：

（1）所制得的粉体为面心立方晶型；

（2）TiC_0.7N_0.3粉体的粒度：D50=1.5～1.7 μm

（3）比表面积：5.60～5.70 m²/g

（4）化学组成：O%≤0.1%，C%=13.6～14.0%，N%=6.7～7.0%。

例3

采用粒度为1.0～1.5 μm的TiO₂粉末和平均粒度为1.0 μm的炭黑作为原料，按TiO₂:C=1：2.4（物质的量比）的比例配料，在预混合过程中加入3%的PEG-4000作为表面活性剂。通过本发明方法首先制得原料混合料粒子，在1500℃条件下，通过在炉内通入N₂气调节炉内分压为1700～2500 Pa，反应3小时。得到TiC_0.4N_0.6粉末产品。

粉末的性能指标：

（1）所制得的粉体为面心立方晶型；

（2）TiC_0.4N_0.6粉体的粒度：D50=1.5～1.7 μm

（3）比表面积：5.60～5.70 m²/g

（4）化学组成：O%≤0.1%，C%=7.7～7.9%，N%=13.6～13.9%。

Claims

1.一种高均匀性Ti（C，N）粉末制备方法，其特征在于步骤如下：

第二步，原料的预处理工艺：以水或酒精作为球磨介质，通过滚动球磨对原料进行预处理；

第三步，制粒：经预处理后的原料混合物在80～100℃下干燥，待混合料达到半干状态时，将混合料取出擦筛，圆筒制粒，制得粒度约为1mm的混合料粒子；

第五步，Ti(C,N)粉末的制备：将制好的混合料转入真空反应器中，在1450～1550℃条件下，在N₂气氛中进行Ti(C,N)粉末的反应制备。

2.如权利要求1所述的一种高均匀性Ti（C，N）粉末制备方法，其特征在于：第二步选用尼龙球磨罐进行原料的预处理。

3.如权利要求1所述的一种高均匀性Ti（C，N）粉末制备方法，其特征在于：第二步在混合料中加入2～5%的非离子表面活性剂。

4.如权利要求2所述的一种高均匀性Ti（C，N）粉末制备方法，其特征在于：第二步在混合料中加入的非离子表面活性剂为聚乙二醇或平平加。

5.如权利要求2所述的一种高均匀性Ti（C，N）粉末制备方法，其特征在于：第三步半干状态是指溶剂失重为60～80%。