CN104925855B - 一种碳氧钛的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种碳氧钛的制备方法，属无机非金属材料制备领域，所解决的技术问题是提供一种采用气相沉积制备均匀碳氧钛的方法，包括以下步骤：A、控制反应体系温度在400～800℃，将气态的TiCl₄与CO和H₂充分接触反应；B、收集以固体形成沉积所得固形物，该固形物即为碳氧钛。本发明制备碳氧钛相对于碳热还原法均匀性好，因本发明为气相反应，其形核很难长为大颗粒物质，故产品极细且均匀，利于后续的加工制作，如适合作为粉末冶金、可溶阳极电解的原料使用。

Description

一种碳氧钛的制备方法

技术领域

本发明涉及一种碳氧钛的制备方法，属无机非金属材料制备领域。

背景技术

碳氧钛(TiC_xO_y，其中x+y＝1)最先是在碳热还原TiO₂过程中被发现的，因其具有优异的性能，如高熔点、高硬度、良好的导热性、导电性和抗腐蚀能力等，成为装潢、切割、电极等行业的新型材料，被越来越多的同行工作者所研究。

目前，制备的碳氧钛方法主要有固固热还原法、气固反应法、电化学脱氧法等，但这些方法均存在产品质量分布不均现象。如碳热还原TiO₂制备的碳氧钛因机械和还原过程的微曲造成产品不均匀，严重影响其导电、硬度等理化性能。

本发明的发明人在此基础上，欲提供一种全新的方法制备得到均匀的碳氧钛。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种采用气相沉积制备均匀碳氧钛的方法。

本发明碳氧钛的制备方法包括以下步骤：

A、控制反应体系温度在400～800℃，将气态的TiCl₄与CO和H₂充分接触反应；

B、收集以固体形成沉积所得固形物，该固形物即为碳氧钛。

本发明制备方法的反应原理如式(1)：

${\mathrm{TiCl}}_4+\frac{1}{2}CO+2H_2={\mathrm{TiC}}_{0.5}{O}_{0.5}+4HCl---\left(1\right)$

制备过程中，为保证反应的效率及节约能耗，故将步骤A中反应体系的温度控制在400～800℃。

制备过程中，为保证反应的效率及节约能耗，CO和H₂需过量，以保证反应的完全，故TiCl₄、CO、H₂之间按摩尔比计为1:1.2～2:2.4～4。

由于反应时会生成带腐蚀性的HCl气体，故该反应需选择耐腐蚀性的材质，如镍、碳化硅、氮化钛等。尾气中还有未反应完全的CO和H₂，HCl、CO和H₂属于危化品，故反应结束后尾气需先通过碱液吸收处理，再进行点燃处理后方可排放。其中，碱液可选NaOH水溶液、KOH水溶液等。进一步优选，碱液质量分数为5-20％，优选10％。

为实现上述技术方案，具体操作时，本发明碳氧钛的制备方法可采用连续反应器或密封罐等反应。连续反应器如带筛板沸腾氯化炉，采用该反应器反应时，产生的碳氧钛粉末在重力作用下将沉至反应器底部，定期排除而实现连续化生产；采用密封罐如镍制坩埚反应时，可将原料在充至密封罐内，升温反应，结束后排除尾气获得所需的产品。

本发明制备碳氧钛相对于碳热还原法均匀性好，因本发明为气相反应，其形核很难长为大颗粒物质，故产品极细且均匀，利于后续的加工制作，如适合作为粉末冶金、可溶阳极电解的原料使用。

具体实施方式

采用本发明方法制备碳氧钛，由于产物仅有碳氧钛一种固体物质，其成分可通过化学手段测定其Ti、C和O便可确定是否为产物，其中钛含量参照国家标准GB/T4701.1-2009进行测定即可；C参照JB/T6647-2011测定；O则采用纳克公司提供的O-3000型脉冲红外热导氧氮分析仪进行测定。

以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明，说明但不限制本发明。

实施例一

将内径为Φ300的镍制坩埚组装好，其中密封面采用聚四氟乙烯垫圈进行密封，并做水冷保护，抽真空预处理后，通入160gCO和60gH₂混合物，按10℃/min升温速率升温至600℃，然后缓慢通入1900g TiCl₄，保温1h后，通入氩气导出余气至碱液(NaOH质量分数为10％)中，而后直接进行燃烧处理，待尾气无法燃烧时，停炉降温至室温，取出产品称重为580g，经检测分析其结果为：77.2％Ti、9.9％C和12.9％O，满足TiC_0.5O_0.5的碳氧钛成分比例。

实施例二

将内径为Φ300的镍制坩埚组装好，其中密封面采用聚四氟乙烯垫圈进行密封，并做水冷保护，抽真空预处理后，通入180gCO和70gH₂混合物，按10℃/min升温速率升温至800℃，然后缓慢通入1900g TiCl₄，保温1h后，通入氩气导出余气至碱液(KOH质量分数为10％)中，而后直接进行燃烧处理，待尾气无法燃烧时，停炉降温至室温，取出产品称重为611g，经检测分析其结果为：77.0％Ti、9.7％C和13.3％O，满足TiC_0.5O_0.5的碳氧钛成分比例。

实施例三

在内径为Φ150沸腾氯化炉中按5L/min速率通入氩气排空15min，然后通入温度500℃的CO和H₂混合物(摩尔比为1:4)，和500℃TiCl₄蒸汽，其中混合物流量控制在1L/min，TiCl₄气体流量控制在0.5L/min，需要对尾气进行处理，方法同实施例二，反应进行30min后，冷却取出产物为502g，经检测分析其结果为77.6％Ti、10.1％C和12.3％O，满足TiC_0.5O_0.5的碳氧钛成分比例。

实施例四

在内径为Φ150沸腾氯化炉中按5L/min速率通入氩气排空15min，然后通入温度500℃的CO和H₂混合物(摩尔比为1:4)，和800℃TiCl₄蒸汽，其中混合物流量控制在1L/min，TiCl₄气体流量控制在1L/min，需要对尾气进行处理，方法同实施例二，反应进行30min后，冷却取出产物为315g，经检测分析其结果为77.4％Ti、9.9％C和12.7％O，满足TiC_0.5O_0.5的碳氧钛成分比例。

上述实施例制备所得固态粉末极细且均匀性好，符合碳氧钛导电、硬度等理化性能要求，适于作为粉末冶金、可溶阳极电解的原料使用。

Claims (9)

1.碳氧钛的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、控制反应体系温度在400～800℃，将气态的TiCl₄与CO和H₂充分接触反应，TiCl₄、CO、H₂按摩尔比计为1:1.2～2:2.4～4；

B、收集以固体形成沉积所得固形物，该固形物即为碳氧钛。

2.根据权利要求1所述的碳氧钛的制备方法，其特征在于：反应结束后尾气依次通过碱液吸收处理，点燃处理，最后排放。

3.根据权利要求2所述的碳氧钛的制备方法，其特征在于：所述碱液为NaOH水溶液、KOH水溶液。

4.根据权利要求2或3所述的碳氧钛的制备方法，其特征在于：所述碱液质量分数为5-20％。

5.根据权利要求4所述的碳氧钛的制备方法，其特征在于：所述碱液质量分数为10％。

6.根据权利要求1所述的碳氧钛的制备方法，其特征在于：采用连续反应器或密封罐反应。

7.根据权利要求6所述的碳氧钛的制备方法，其特征在于：所述连续反应器为沸腾氯化炉。

8.根据权利要求7所述的碳氧钛的制备方法，其特征在于：所述沸腾氯化炉为带筛板沸腾氯化炉。

9.根据权利要求6所述的碳氧钛的制备方法，其特征在于：所述密封罐为镍制坩埚。