CN107055534A - 利用低纯度钛原料制备高纯度碳化钛的方法 - Google Patents

利用低纯度钛原料制备高纯度碳化钛的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107055534A
CN107055534A CN201710164381.0A CN201710164381A CN107055534A CN 107055534 A CN107055534 A CN 107055534A CN 201710164381 A CN201710164381 A CN 201710164381A CN 107055534 A CN107055534 A CN 107055534A
Authority
CN
China
Prior art keywords
purity
titanium
titanium carbide
compound
purity titanium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
CN201710164381.0A
Other languages
English (en)
Inventor
方哲成
张春光
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jinzhou Bode New Metal Material Co Ltd
Original Assignee
Jinzhou Bode New Metal Material Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jinzhou Bode New Metal Material Co Ltd filed Critical Jinzhou Bode New Metal Material Co Ltd
Priority to CN201710164381.0A priority Critical patent/CN107055534A/zh
Publication of CN107055534A publication Critical patent/CN107055534A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/80—Compositional purity

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明涉及利用低纯度钛原料制备高纯度碳化钛的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)、将利用残钛回收的纯度大于等于90.0％的钛粉和纯度大于等于99％的炭黑粉按重量比3.6:1～4.0:1称取混合，搅拌15h‑20h后得到混合料；2)、将混合料倒入石墨坩埚中，并移到真空反应炉中，抽真空后点火引燃混合料发生自蔓延高温反应；3)、自蔓延高温反应完成后，维持真空状态，自蔓延高温反应物随炉冷却，待温度降至1000℃时向真空反应炉内通入氩气强制冷却得到碳化钛粉末，自蔓延高温反应物随炉冷却的时间大于等于5h。解决了现有自蔓延高温合成法制备碳化钛存在生产成本高、生产装置和工艺较复杂的问题，适合于工业化生产。

Description

利用低纯度钛原料制备高纯度碳化钛的方法
技术领域
本发明涉及碳化钛制备方法，特别是一种基于自蔓延高温合成法的利用低纯度钛原料制备高纯度碳化钛的方法。
技术背景
碳化钛(TiC)熔点高、硬度高、耐磨性强、化学稳定性好，因此被广泛应用于先进材料的基础原料，尤其是切削工具、耐磨部件和涂层材料的优选材料。
目前，国内外制备碳化钛的方法主要有碳热还原TiO2法、直接反应法、自蔓延高温合成法、化学气相沉积法等，其中碳热还原TiO2法是工业化生产碳化钛的主要方法，但该方法需要在1700℃～2100℃保温10小时以上，生产成本高，而且不容易获得高纯度的碳化钛。自蔓延高温合成法是利用钛和碳元素间形成化合物时产生的高能放热反应，制得碳化钛，该方法具有工艺简单、速度快、反应物纯度高等优点，可以克服传统工业化生产碳化钛的缺点，因此，目前自蔓延高温合成法越来越受到广泛应用。
CN101704682公开了一种利用自蔓延高温合成法制备碳化钛陶瓷微粉的方法，其以纯度大于99％的Ti粉和C粉为原料，将Ti粉和C粉按1:1(mole)的比例均匀混合，然后对混合粉末进行球磨处理，而后对球磨后的混合粉末冷压成型，随后在真空室内用电弧点燃压坯获得燃烧产物，最后再破碎燃烧产物，得到TiC微粉陶瓷材料。但该专利申请与大多数利用自蔓延高温合成法制备TiC微粉的方法相似，均存在如下问题：1、其采用的原料为纯度99％以上的高纯钛，由于高纯金属钛粉的价格昂贵，使得合成碳化钛的生产成本也随之增高；2、需要对钛、碳混合料进行机械压制，而且由于钛粉和炭黑的混合体的压制性差，通常需要进行掺胶处理，因此制备装置和工艺较为复杂。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种利用低纯度钛原料制备高纯度碳化钛的方法，解决现有自蔓延高温合成法制备碳化钛方法存在生产成本高、生产装置和工艺较复杂的问题，生产成本低，生产工艺和装置简单，产品质量高，适合于工业化生产。
本发明的技术方案是：
一种利用低纯度钛原料制备高纯度碳化钛的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)、将利用残钛回收的纯度大于等于90.0％的钛粉和纯度大于等于99％的炭黑粉按重量比3.6:1～4.0:1称取混合，并在保护气体气氛下搅拌15h-20h后得到混合料；
2)、将混合料倒入石墨坩埚中，再将石墨坩埚移到真空反应炉中，对真空反应炉抽真空,待真空度为15Pa～20Pa后，点火引燃混合料，使混合料发生自蔓延高温反应；
3)、自蔓延高温反应完成后，维持真空状态，自蔓延高温反应物随炉冷却，待温度降至1000℃时向真空反应炉内通入氩气进行强制冷却，自蔓延高温反应物随炉冷却的时间大于等于5h，强制冷却后得到高纯度的碳化钛粉末。
上述的利用低纯度钛原料制备高纯度碳化钛的方法，所述残钛为机加工车屑，利用氢化脱氢法得到原料粉末钛粉，所述钛粉的纯度为90.0％～98.5％，所述钛粉中氧元素的质量含量为0.5％～1.0％，所述钛粉的粒度小于等于100μm。
上述的利用低纯度钛原料制备高纯度碳化钛的方法，所述炭黑粉的粒度小于等于100μm。
上述的利用低纯度钛原料制备高纯度碳化钛的方法，步骤2)中，点火引燃是通过在石墨坩埚内的混合料顶部插上钨丝，对钨丝点火引燃混合料。
上述的利用低纯度钛原料制备高纯度碳化钛的方法，在石墨坩埚底部和周围砌筑耐火砖形成保温层，同时反应原料的总重量大于200kg，以延缓冷却速度，以延长自蔓延高温反应物在大于1000℃时随炉冷却的冷却时长。
上述的利用低纯度钛原料制备高纯度碳化钛的方法，制得的高纯度的碳化钛的氧元素的质量含量小于0.3％。
上述的利用低纯度钛原料制备高纯度碳化钛的方法，步骤1)中采用的保护气体为氮气、氩气或氨分解气体。
本发明的有益效果是：
1、本发明进行自蔓延高温反应时发生以下物理化学过程：(1)、首先发生钛粉颗粒的熔化，并包围碳颗粒，在接触面形成TiCX层，碳元素向TiCX层扩散，随着碳元素溶解量的增加，x增大，使TiCX熔点提高到1750℃～3150℃，当高于液相温度时，TiC便从溶液中析出；(2)、剩余的碳元素与混合料颗粒表面吸收的氧元素发生反应生成CO气体，CO气体再与原料中的氧化物TiO2发生反应，进一步形成金属碳化物TiC；(3)、在高温状态下残钛回收钛粉中夹杂的Fe、Mn、Cl、N、H、Al、V等杂质挥发。上述物理化学过程中，过程(1)在短时间(5-10min)内即完成，而过程(2)和过程(3)，反应物在1000℃以上温度下处于5h以上，逐渐完成，最后得到高纯度的碳化钛粉末。本发明方法未进行混合料的机械压制，用石墨坩埚做粉体载体，反应后混合料颗粒表面吸收的O和C发生反应，形成大量的还原性气氛，并增加反应物的重量，增加液相量，达到粉体接触充分而促进反应完成的目的，提高产量，制备工艺和制备装置简单，整个操作过程简便易行。
2、由于采用的是低品位的残钛回收钛粉作原料，因此，大大降低了碳化钛的生产成本；
3、一次反应装料量大，与现有自蔓延高温合成技术相比存在数倍之差，甚至10倍以上，有效提高了碳化钛产量和生产效率；
4、本发明与其他工业生产碳化钛的方法如碳热还原TiO2法相比，制得碳化钛的氧含量低、活性强、晶体结构完整。
附图说明
图1是本发明的反应装置的结构示意图；
图2是现有的碳热还原TiO2法制备的TiC的晶相图；
图3是本发明(对应实施例1)制备的TiC的晶相图。
图中：1.混合料、2.石墨坩埚、3.保温层、4.点火装置。
具体实施方式
实施例1
该利用低纯度钛原料制备高纯度碳化钛的方法，包括如下步骤：
1、称取利用残钛回收的钛粉170kg，称取炭黑粉42.5kg(钛粉和炭黑粉重量比为4:1，总重量为212.5kg)混合，在氮气保护下搅拌16个小时后得到混合料1，其中残钛为机加工车屑，利用氢化脱氢法得到原料钛粉，纯度为98.5％，粒度小于等于100μm，该钛粉中氧元素的质量含量为0.53％，同时该钛粉中还含有Fe、Si、Mn、C、N、Cl、H、Al和V元素杂质，具体质量含量请见表1，所述炭黑粉的纯度为99％，粒度小于等于100μm。
2、将混合料1倒入图1所示的石墨坩埚2中，再将石墨坩埚2移到真空反应炉中，在石墨坩埚2底部和周围砌筑耐火砖形成保温层3，在混合料1顶部插上钨丝，对真空反应炉抽真空，待真空度达到16Pa后，点火装置4通过对钨丝点火引燃混合料，使混合料发生自蔓延高温反应。
3、自蔓延高温反应完毕后，自蔓延高温反应物在大于1000℃时随炉冷却，冷却时间为5.5h，此过程中，一直抽真空,维持真空状态，炉内的金属挥发物收集到反应炉外的过滤器内,降至1000℃时向真空反应炉内通入氩气进行强制冷却，强制冷却后取出石墨坩埚收集产物，对收集好的产物进行成分分析，分析结果如表2所示，由表2的对应数据可以看出，收集到的产物中TiC含量为99.5％，氧含量降至0.15％。同时如图3所示，本实施例制备的TiC晶体结构完整。
实施例2
该利用低纯度钛原料制备高纯度碳化钛的方法，包括如下步骤：
1、称取利用残钛回收的钛粉180kg，称取炭黑粉47.2kg(钛粉和炭黑粉重量比为3.81:1，总重量227.2kg)混合，在氩气保护下搅拌17个小时后得到混合料，其中残钛为机加工车屑，利用氢化脱氢法得到纯度为96.0％的钛粉，粒度小于等于100μm，该钛粉中氧元素的质量含量为0.67％，同时该钛粉中还含有Fe、Si、Mn、C、N、Cl、H、Al和V元素杂质，具体质量含量请见表1，所述炭黑粉的纯度为99.5％，粒度小于等于100μm。
2、将混合料倒入石墨坩埚中，再将石墨坩埚移到真空反应炉中，在石墨坩埚底部和周围砌筑耐火砖形成保温层，对真空反应炉抽真空，待真空度达到17Pa后，通过点火装置引燃混合料，使混合料发生自蔓延高温反应。
3、自蔓延高温反应完毕后，自蔓延高温反应物在大于1000℃时随炉冷却，冷却时间为6.4h，此过程中，一直抽真空,维持真空状态，炉内的金属挥发物收集到反应炉外的过滤器内,降至1000℃时向真空反应炉内通入氩气进行强制冷却，强制冷却后取出石墨坩埚收集产物，对收集好的产物进行成分分析，分析结果如表2所示，由表2的对应数据可以看出，收集到的产物中TiC含量为98.8％，氧含量降至0.17％。
实施例3
该利用低纯度钛原料制备高纯度碳化钛的方法，包括如下步骤：
1、称取利用残钛回收的钛粉190kg，称取炭黑粉52.3kg(钛粉和炭黑粉重量比为3.63:1，总重量超过242.3kg)混合，在氨分解气体保护下搅拌20个小时后得到混合料，其中残钛为机加工车屑，利用氢化脱氢法得到纯度为90.0％的钛粉，粒度小于等于100μm，该钛粉中氧元素的质量含量为0.82％，同时该钛粉中还含有Fe、Si、Mn、C、N、Cl、H、Al和V元素杂质，具体质量含量请见表1，所述炭黑粉的纯度为99.6％，粒度小于等于100μm。
2、将混合料倒入石墨坩埚中，再将石墨坩埚移到真空反应炉中，在石墨坩埚底部和周围砌筑耐火砖形成保温层，对真空反应炉抽真空，待真空度达到19Pa后，通过点火装置引燃混合料，使混合料发生自蔓延高温反应。
3、自蔓延高温反应完毕后，自蔓延高温反应物在大于1000℃时随炉冷却，冷却时间为7.5h，此过程中，一直抽真空,维持真空状态，炉内的金属挥发物收集到反应炉外的过滤器内,降至1000℃时向真空反应炉内通入氩气进行强制冷却，强制冷却后取出石墨坩埚收集产物，对收集好的产物进行成分分析，分析结果如表2所示，由表2的对应数据可以看出，收集到的产物中TiC含量为98.2％，氧含量降至0.22％。
表1.残钛回收钛粉化学成分，％
表2.碳化钛化学成分，％
*C游:游离碳。

Claims (7)

1.一种利用低纯度钛原料制备高纯度碳化钛的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)、将利用残钛回收的纯度大于等于90.0％的钛粉和纯度大于等于99％的炭黑粉按重量比3.6:1～4.0:1称取混合，并在保护气体气氛下搅拌15h-20h后得到混合料；
2)、将混合料倒入石墨坩埚中，再将石墨坩埚移到真空反应炉中，对真空反应炉抽真空,待真空度为15Pa～20Pa后，点火引燃混合料，使混合料发生自蔓延高温反应；
3)、自蔓延高温反应完成后，维持真空状态，自蔓延高温反应物随炉冷却，待温度降至1000℃时向真空反应炉内通入氩气进行强制冷却，自蔓延高温反应物随炉冷却的时间大于等于5h，强制冷却后得到高纯度的碳化钛粉末。
2.根据权利要求1所述的利用低纯度钛原料制备高纯度碳化钛的方法，其特征在于：所述残钛为机加工车屑，利用氢化脱氢法得到原料粉末钛粉，所述钛粉的纯度为90.0％～98.5％，所述钛粉中氧元素的质量含量为0.5％～1.0％，所述钛粉的粒度小于等于100μm。
3.根据权利要求1所述的利用低纯度钛原料制备高纯度碳化钛的方法，其特征在于：所述炭黑粉的粒度小于等于100μm。
4.根据权利要求1所述的利用低纯度钛原料制备高纯度碳化钛的方法，其特征在于：步骤2)中，点火引燃是通过在石墨坩埚内的混合料顶部插上钨丝，对钨丝点火引燃混合料。
5.根据权利要求1所述的利用低纯度钛原料制备高纯度碳化钛的方法，其特征在于：在石墨坩埚底部和周围砌筑耐火砖形成保温层，同时反应原料的总重量大于200kg，以延缓冷却速度，以延长自蔓延高温反应物在大于1000℃时随炉冷却的冷却时长。
6.根据权利要求1所述的利用低纯度钛原料制备高纯度碳化钛的方法，其特征在于：制得的高纯度的碳化钛的氧元素的质量含量小于0.3％。
7.根据权利要求1所述的利用低纯度钛原料制备高纯度碳化钛的方法，其特征在于：步骤1)中采用的保护气体为氮气、氩气或氨分解气体。
CN201710164381.0A 2017-03-20 2017-03-20 利用低纯度钛原料制备高纯度碳化钛的方法 Withdrawn CN107055534A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710164381.0A CN107055534A (zh) 2017-03-20 2017-03-20 利用低纯度钛原料制备高纯度碳化钛的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710164381.0A CN107055534A (zh) 2017-03-20 2017-03-20 利用低纯度钛原料制备高纯度碳化钛的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107055534A true CN107055534A (zh) 2017-08-18

Family

ID=59620066

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710164381.0A Withdrawn CN107055534A (zh) 2017-03-20 2017-03-20 利用低纯度钛原料制备高纯度碳化钛的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107055534A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112125308A (zh) * 2020-09-17 2020-12-25 中国恩菲工程技术有限公司 碳化钛的制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1718539A (zh) * 2004-07-08 2006-01-11 武汉科技大学 一种用熔盐法制备碳化钛材料的方法
CN101792140A (zh) * 2010-03-13 2010-08-04 浙江大学 碳化钛微粉及其制备方法
CN104649269A (zh) * 2014-12-11 2015-05-27 贾正旭 一种高频感应炉制备碳化钛粉的方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1718539A (zh) * 2004-07-08 2006-01-11 武汉科技大学 一种用熔盐法制备碳化钛材料的方法
CN101792140A (zh) * 2010-03-13 2010-08-04 浙江大学 碳化钛微粉及其制备方法
CN104649269A (zh) * 2014-12-11 2015-05-27 贾正旭 一种高频感应炉制备碳化钛粉的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
周洪强 等: "钛及钛合金粉末的制备现状", 《稀有金属快报》 *
赵杰: "自蔓延高温合成新型碳化钛磨料", 《南京化工大学学报》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112125308A (zh) * 2020-09-17 2020-12-25 中国恩菲工程技术有限公司 碳化钛的制备方法
CN112125308B (zh) * 2020-09-17 2022-05-20 中国恩菲工程技术有限公司 碳化钛的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101125653B (zh) 燃烧合成均质纳米碳化硅粉体的方法
CN112125315B (zh) 一种低成本高纯六硼化硅生产工艺
CN102219530B (zh) 一种硅莫砖及其制备方法
CN101096272A (zh) 氮化硅基复合材料燃烧合成方法
CN1657404A (zh) 常压燃烧合成氮化硅粉体的方法
CN101602506B (zh) 一种高纯多晶硅的生产方法及生产装备
CN108383507A (zh) 一步制备高发射率复相陶瓷和FeCrCoNi高熵合金的方法
CN102060538A (zh) 利用高温旋转炉合成氮化硅粉末的方法
CN107055534A (zh) 利用低纯度钛原料制备高纯度碳化钛的方法
CN108929996A (zh) 高氮钒铁及其制备方法
Zhang et al. The effect of carbon sources and activative additive on the formation of SiC powder in combustion reaction
CN102211777A (zh) 一种纯硼的制备方法
CN101104516A (zh) 用自蔓延燃烧合成制备高纯超细β-SiC粉体的方法
CN103253668B (zh) 一种碳化钛陶瓷粉末的低温固相合成方法
CN102910910A (zh) 一种采用固态氮源制备碳氮比例可控的微纳米碳氮化钛粉体的方法
CN105217583A (zh) 一种制备纳米级高纯氮化硅的方法
Chanadee et al. Mechanoactivated SHS of Si–SiC Powders from Natural Sand: Influence of Milling Time
CN111847458B (zh) 一种高纯度、低成本二硅化钼的制备方法
CN106939366A (zh) 用于碳钢的复合发热剂
CN1120816C (zh) 一种钛碳化硅粉末的制备方法
CN1135457A (zh) 自蔓延高温合成-化学反应炉制备碳化钛微粉的方法
CN108017393A (zh) 一种常压烧结六方氮化硼陶瓷制备方法
CN115448360B (zh) 制备TiO材料的方法
CN101928870B (zh) 一种原位生成碳化硅颗粒增强铝-硅基复合材料的制备方法
CN108862301B (zh) 高纯度Ti3B2N材料的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WW01 Invention patent application withdrawn after publication
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20170818