CN104439268A - 超低氧钛粉及其制备方法 - Google Patents

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本发明属于钛粉制备技术领域，具体涉及一种超低氧钛粉及其制备方法。超低氧钛粉的氧含量为1-1000ppm，氢含量为1-500ppm，纯度为99.9-99.999％，粒度分布D50为1-300微米，D97为2-500微米。本发明用氧化铝的坩埚进行氢化脱氢处理，能够有效的减少材料制备过程的二次污染；出炉前用氩气保护，能够有效的将钛粉在出炉过程也受到氩气的保护；用氩气保护的手套箱封装，保证了出炉后不会二次氧化。

Description

超低氧钛粉及其制备方法
技术领域
本发明属于钛粉制备技术领域，具体涉及一种超低氧钛粉及其制备方法。
背景技术
钛能与铁、铝、钒或钼等其他元素熔成合金，造出高强度的轻合金，在各方面有着广泛的应用，包括航天、军事、工业程序、汽车、农产食品、医学、运动用品、珠宝及手机等。钛最有用的两个特性是，抗腐蚀性，及金属中最高的强度－重量比。在非合金的状态下，钛的强度跟某些钢相若，但却还要轻45％。钛在镀膜行业中主要应用于表面装饰镀膜，形成金黄色的TiN，在刀具镀膜行业中可通过不同的镀膜气氛环境形成TiN、TiC、TiCN及TiCNO，这些膜层均具有较强的耐磨性和耐蚀性，在TFT-LCD行业中，钛作为耐蚀膜层使用，对金属铝导线膜层进行较好的保护。低氧钛粉能够有效提高材料的韧性，氧含量的降低更加有利于材料烧结性能，让材料获得更低的温度达到合适的烧结温度。低氧钛粉在制造溅射靶材时，特别是制造钨钛靶材，能够获得更好的相结构和致密度，有利于获得高致密高纯度的靶材，获得的膜层也更加均匀。
中国发明专利201310401758.1提供了一种高纯微细低氧钛粉制备方法，属于粉末冶金工艺中制粉技术领域。其特征是将氢化脱氢与气流磨工艺相结合，首先将海绵钛进行氢化处理以制取氢化钛粉，而后利用气流磨对氢化钛进行破碎，之后进行真空脱氢，最后利用气流磨进行破碎分级和真空封装得到钛粉产品。与传统球磨工艺相比，气流磨工艺无污染，能够避免球磨过程中钢球碰撞造成的铁杂质，气流磨及高真空脱氢处理能将氧含量控制到最低，且取粉及封装操作均在手套箱中进行。从而在整个过程中将粉末与空气隔绝，制得高纯微细低氧钛粉。
中国发明专利00113792.1提供了一种由溶化钛金属或钛合金而直接制成钛及钛合金粉末的无坩埚熔炼连续溶化方法，包括原料制棒、溶化、雾散、冷却、筛分级等制备过程，其工艺先进、流程短、生产效率高，溶化时钛不和任何材料接触，可有效地防止产品的外来污染。由该制备方法生产的钛及钛合金粉末为粒度为45～150μm的球形或半球形粉末，产品的氧杂质含量低、流动性好，具有良好的压制成型性能和烧结性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种超低氧钛粉，品质高、氧含量低；本发明同时提供了超低氧钛粉的制备方法，科学合理、简单易行。
本发明所述的超低氧钛粉的氧含量为1-1000ppm，氢含量为1-500ppm，纯度为99.9-99.999％，粒度分布D50为1-300微米，D97为2-500微米。
本发明所述的超低氧钛粉的制备方法，步骤如下：
(1)将钛粉放入氧化铝坩埚中，关闭炉门，将环境真空度抽至1×10-3-6.67×10-3Pa，充入0.5-4atm H2气体，再将环境真空度抽至1×10-3-6.67×10-3Pa；
(2)按100-300℃/h的升温速率将温度升至400-650℃，充入氢气，持续保持氢气压力为0.2-2atm，保温；
(3)将温度升至500-800℃，抽真空，让环境氢气气压为1-50Pa，保温；
(4)待环境氢气压力位置在1-50Pa不再变化时，温度保持在500-800℃，将真空度抽至1×10-3-6.67×10-3Pa，保温；
(5)降温至室温，充入0.5-2atm氩气，保持1-4小时；
(6)通过氩气保护手套箱开炉，并在手套箱中完成产品的真空包装；
(7)观察颜色，测量粉体的粒度、纯度、氧含量、氢含量。
步骤(1)中所述的钛粉的纯度为99.9-99.999％，粒度为-100目至-600目。
步骤(1)中所述的钛粉上表面离坩埚上边沿10-20mm。
步骤(2)中所述的保温温度为400-650℃，保温时间为1-24小时。
步骤(3)中所述的保温时间为10-48小时。
步骤(4)中所述的保温时间为1-12小时。
所述的氢气的纯度大于99.9％。
本发明所述的超低氧钛粉的制备方法，具体步骤如下：
(1)使用的原料为纯度为99.9-99.999％，粒度为-100目至-600目的钛粉，使用的还原氢气的纯度大于99.9％；
(2)将钛粉放入氧化铝坩埚中，钛粉上表面离坩埚上边沿10-20mm；
(3)关闭炉门，将环境真空度抽至1×10-3-6.67×10-3Pa，充入0.5-4atm H2气体，再将环境真空度抽至1×10-3-6.67×10-3Pa；
(4)按100-300℃/h的升温速率将温度升至400-650℃，充入氢气，持续保持氢气压力为0.2-2atm，400-650℃保温1-24小时；
(5)将温度升至500-800℃，抽真空，让环境氢气气压为1-50Pa，保温10-48小时；
(6)待环境氢气压力位置在1-50Pa不再变化时，温度保持在500-800℃，将真空度抽至1×10-3-6.67×10-3Pa，保温1-12小时
(7)降温至室温，充入0.5-2atm氩气，保持1-4小时；
(8)通过氩气保护手套箱开炉，并在手套箱中完成产品的真空包装。
(9)观察颜色，测量粉体的粒度、纯度、氧含量、氢含量。
本发明为溅射靶材及特种合金提供高品质的钛粉原料，溅射靶材要求氧含量低，可以提高制造的薄膜耐蚀性，并且可以增加产品的表面光滑度。本发明主要解决如下问题：(1)超细粉的比表面积大，粉体的表面活性大，容易与氧分子结合，还原粉体应选择一定粒度范围的粉体，控制-100目以下细粉的含量；(2)粉体温度低于500℃，氧分子及游离态的氧容易与粉体分离，这一阶段需保证环境的真空度达到10-3Pa级，可以较好的去除环境中氧分子及游离态的氧；(3)环境温度高于500℃，需保证环境中H2分子的含量，以提高粉体中的氧能够与H2接触并形成H2O产物；(4)需保证还原产物H2O的及时排除，以防止还原过程及还原完毕后H2O与钛粉发生反应，影响还原结果。
本发明测试钛粉的氧含量，氧含量测试方法为LECO氮氧分析仪。
本发明测试钛粉的粒度分布，粒度分布测试方法为使用激光粒度分析仪。
为了解决国内无法提供高品质高纯超低氧钛粉产品，通过实验探索，获得了氧含量低于1000ppm，纯度大于99.95％，粒度分布D50小于300微米，D97小于500微米的高品质钛粉。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)获得的钛粉在氢化的过程中，氢原子进入金属内部，能够在脱氢的过程中将部分粉体内的氧原子以H2O的形态带出；
(2)用氧化铝的坩埚进行氢化脱氢处理，能够有效的减少材料制备过程的二次污染；
(3)出炉前用氩气保护，能够有效的将钛粉在出炉过程也受到氩气的保护；
(4)用氩气保护的手套箱封装，保证了出炉后不会二次氧化。
附图说明
图1是实施例2粉体SEM形貌图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
(1)使用的原料为纯度为99.95％，粒度为-100目+200目的钛粉，使用的还原氢气的纯度大于99.9％；
(2)将钛粉放入氧化铝坩埚中，钛粉上表面离坩埚上边沿15mm；
(3)关闭炉门，将环境真空度抽至5×10-3Pa，充入1.2atm H2气体，再将环境真空度抽至5×10-3Pa；
(4)按200℃/h的升温速率将温度升至550℃，充入氢气，持续保持氢气压力为1.2atm，550℃保温12小时；
(5)将温度升至650度，抽真空，让环境氢气气压为20Pa，保温24小时；
(6)待环境氢气压力位置在20Pa不再变化时，温度保持在650度，将真空度抽至5×10-3Pa，保温4小时；
(7)降温至室温，充入1atm氩气，保持2小时；
(8)通过氩气保护手套箱开炉，并在手套箱中完成产品的真空包装。
(9)观察颜色，测量粉体的粒度、纯度、氧含量、氢含量。结果见表1。
实施例2
(1)使用的原料为纯度为99.9％，粒度为-600目的钛粉，使用的还原氢气的纯度大于99.9％；
(2)将钛粉放入氧化铝坩埚中，钛粉上表面离坩埚上边沿10mm；
(3)关闭炉门，将环境真空度抽至1×10-3Pa，充入0.5atm H2气体，再将环境真空度抽至1×10-3Pa；
(4)按100℃/h的升温速率将温度升至400℃，充入氢气，持续保持氢气压力为0.2atm，400℃保温1小时；
(5)将温度升至500度，抽真空，让环境氢气气压为20Pa，保温10小时；
(6)待环境氢气压力位置在10Pa不再变化时，温度保持在500度，将真空度抽至1×10-3Pa，保温2小时
(7)降温至室温，充入0.5atm氩气，保持1小时；
(8)通过氩气保护手套箱开炉，并在手套箱中完成产品的真空包装。
(9)观察颜色，测量粉体的粒度、纯度、氧含量、氢含量。结果见表1。
实施例3
(1)使用的原料为纯度为99.999％，粒度为-300目+400目的钛粉，使用的还原氢气的纯度大于99.9％；
(2)将钛粉放入氧化铝坩埚中，钛粉上表面离坩埚上边沿20mm；
(3)关闭炉门，将环境真空度抽至6.67×10-3Pa，充入2atm H2气体，再将环境真空度抽至6.67×10-3Pa；
(4)按300℃/h的升温速率将温度升至600℃，充入氢气，持续保持氢气压力为2atm，600℃保温24小时；
(5)将温度升至800度，抽真空，让环境氢气气压为1Pa，保温48小时；
(6)待环境氢气压力位置在1Pa不再变化时，温度保持在800度，将真空度抽至6.67×10-3Pa，保温12小时
(7)降温至室温，充入2atm氩气，保持4小时；
(8)通过氩气保护手套箱开炉，并在手套箱中完成产品的真空包装。
(9)观察颜色，测量粉体的粒度、纯度、氧含量、氢含量。结果见表1。
实施例4
(1)使用的原料为纯度为99.95％，粒度为-200目+300目的钛粉，使用的还原氢气的纯度大于99.9％；
(2)将钛粉放入氧化铝坩埚中，钛粉上表面离坩埚上边沿15mm；
(3)关闭炉门，将环境真空度抽至6.67×10-3Pa，充入4atm H2气体，再将环境真空度抽至6.67×10-3Pa；
(4)按200℃/h的升温速率将温度升至650℃，充入氢气，持续保持氢气压力为1.2atm，650℃保温20小时；
(5)将温度升至700度，抽真空，让环境氢气气压为50Pa，保温20小时；
(6)待环境氢气压力位置在50Pa不再变化时，温度保持在700度，将真空度抽至6.67×10-3Pa，保温1小时
(7)降温至室温，充入1atm氩气，保持4小时；
(8)通过氩气保护手套箱开炉，并在手套箱中完成产品的真空包装。
(9)观察颜色，测量粉体的粒度、纯度、氧含量、氢含量。结果见表1。
表1 实施例1-4产品指标
实施例 D50 D97 纯度 氧含量 氢含量 颜色
实施例1 102.4μm 198.8μm 99.92％ 280ppm 233ppm 灰白
实施例2 18.9μm 42.3μm 99.9％ 459ppm 298ppm 灰黑
实施例3 44.9μm 90.3μm 99.91％ 43ppm 29ppm 灰白
实施例4 60.2μm 117.8μm 99.91％ 148ppm 109ppm 灰白

Claims (8)

1.一种超低氧钛粉，其特征在于所述的超低氧钛粉的氧含量为1-1000ppm，氢含量为1-500ppm，纯度为99.9-99.999％，粒度分布D50为1-300微米，D97为2-500微米。
2.一种权利要求1所述的超低氧钛粉的制备方法，其特征在于步骤如下：
(1)将钛粉放入氧化铝坩埚中，关闭炉门，将环境真空度抽至1×10-3-6.67×10-3Pa，充入0.5-4atm H2气体，再将环境真空度抽至1×10-3-6.67×10-3Pa；
(2)按100-300℃/h的升温速率将温度升至400-650℃，充入氢气，持续保持氢气压力为0.2-2atm，保温；
(3)将温度升至500-800℃，抽真空，让环境氢气气压为1-50Pa，保温；
(4)待环境氢气压力位置在1-50Pa不再变化时，温度保持在500-800℃，将真空度抽至1×10-3-6.67×10-3Pa，保温；
(5)降温至室温，充入0.5-2atm氩气，保持1-4小时；
(6)通过氩气保护手套箱开炉，并在手套箱中完成产品的真空包装；
(7)观察颜色，测量粉体的粒度、纯度、氧含量、氢含量。
3.根据权利要求2所述的超低氧钛粉的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的钛粉的纯度为99.9-99.999％，粒度为-100目至-600目。
4.根据权利要求2所述的超低氧钛粉的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的钛粉上表面离坩埚上边沿10-20mm。
5.根据权利要求2所述的超低氧钛粉的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述的保温温度为400-650℃，保温时间为1-24小时。
6.根据权利要求2所述的超低氧钛粉的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述的保温时间为10-48小时。
7.根据权利要求2所述的超低氧钛粉的制备方法，其特征在于步骤(4)中所述的保温时间为1-12小时。
8.根据权利要求2所述的超低氧钛粉的制备方法，其特征在于所述的氢气的纯度大于99.9％。
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