CN110371978A - 基于铬铝碳的碳化铬-氮化铝复合粉体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于Cr2AlC的Cr3C2‑AlN复合粉体及其制备方法。其技术方案是：将Cr2AlC粉体置入石墨坩埚，再将所述石墨坩埚放入气氛炉，抽真空至真空度≤100Pa，充入氮气，然后将所述气氛炉升温至1000～1600℃，保温0.5～5h，自然冷却至室温，制得基于Cr2AlC的Cr3C2‑AlN复合粉体。所述Cr2AlC粉体的纯度≥99.0wt％；Cr2AlC粉体的粒度≤150μm。所述氮气的纯度≥98.5％。本发明热处理时间短、工艺简单和能实现所述Cr3C2‑AlN复合粉体微米至纳米级别的粒径可控，所制备的基于Cr2AlC的Cr3C2‑AlN复合粉体纯度高和分散性好。

Description

基于铬铝碳的碳化铬-氮化铝复合粉体及其制备方法
技术领域
本发明属于Cr3C2-AlN复合粉体技术领域。具体涉及一种基于Cr2AlC的Cr3C2-AlN复合粉体及其制备方法。
背景技术
Cr3C2是一种在高温下具有良好耐磨性、耐腐蚀性以及抗氧化性能的无机金属碳化物材料， Cr3C2作为硬质合金、热喷涂材料被广泛应用于电力、化工、冶金等行业。在实际生产当中，通常使用超音速火焰喷涂、等离子喷涂等制备Cr3C2涂层。AlN因具有热导率高、强度和硬度高、耐腐蚀、耐磨损和低的热膨胀系数的特点，在半导体材料、微波电子衰减材料及耐火材料等领域得到广泛应用。相对于单相AlN或Cr3C2材料，Cr3C2-AlN复合材料具有高的硬度和良好的耐磨性，常用来制备复合装甲、风机叶片、球磨机内衬、金属材料涂层等，因此， Cr3C2-AlN复合材料的制备具有重要的现实意义。
目前，制备与Cr3C2相结合的复合材料的方法有：李振铎等人(李振铎,曾克里,于月光.超细25％NiCr-Cr3C2粉体制备及HVOF涂层性能研究[J].热喷涂技术，2010，02(01):20-23) 采用超细Cr3C2粉体通过团聚烧结工艺，制得球形25％NiCr-Cr3C2复合粉体。但该工艺使用的细粉容易团聚，难以获得纳米级别的粉体。
Wenge Li等人(Wenge Li，Heping Zhou，Kexin Chen，Li Yin.Fabrication ofCr3C2-AlN-FeCr Cermet Coatingby Combustion Synthesis[J].Key EngineeringMaterials，2003， 247:195-198)将铝粉、三氧化铬粉和炭黑混合料预压成型之后，放在酸洗过的铁基板上，置入容器内，通入氮气，通过电钨丝引燃反应，得到Cr3C2-AlN-FeCr复合材料。但燃烧合成反应过快，不好控制，该方法难以生成致密的产品，产物纯度不高。
“一种纳米碳化铬复合粉体的制备方法”(201110070999.3)专利技术，该技术将镍铬合金粉体经球磨后置于气氛炉当中，通入氢气和碳气的混合气体，升温至650～950℃，保温1～3h，制得碳化铬-镍铬复合粉体。但该技术对设备要求高、能耗大和产物纯度不高。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种工艺简单和热处理时间短的基于 Cr2AlC的Cr3C2-AlN复合粉体的方法，用该方法制备的基于Cr2AlC的Cr3C2-AlN复合粉体纯度高、分散性好和能实现所述Cr3C2-AlN的微米至纳米级别的粒径可控。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
将Cr2AlC粉体置入石墨坩埚，再将所述石墨坩埚放入气氛炉，抽真空至真空度≤100Pa，充入氮气，然后将所述气氛炉升温至1000～1600℃，保温0.5～5h，自然冷却至室温，制得基于Cr2AlC的Cr3C2-AlN复合粉体。
所述Cr2AlC粉体的纯度≥99.0wt％；Cr2AlC粉体的粒度≤150μm。
所述氮气的纯度≥98.5％。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下积极效果：
本发明采用单一原料的Cr2AlC粉体，使用的Cr2AlC粉体的粒度≤150μm，通过改变原料的粒度便能获得所需粒度级别的Cr3C2-AlN复合粉体，即制备的基于Cr2AlC的Cr3C2-AlN复合粉体能实现微米至纳米级别的粒径可控。本发明在制备过程中不添加任何成型剂和烧结助剂，在较短时间内制得基于Cr2AlC的Cr3C2-AlN复合粉体，工艺简单和热处理时间短。
使用的Cr2AlC粉体反应活性高，在较低的温度下能和氮气完全反应生成Cr3C2-AlN复合粉体，得到的基于Cr2AlC的Cr3C2-AlN复合粉体纯度高。本发明采用的Cr2AlC粉体具有良好的抗氧化性和高熔点，不仅是很有发展潜力的陶瓷材料，且可用作含碳耐火材料的涂层，提高了耐火材料的抗氧化性、耐磨性和热力学性能。随烧结温度的升高，Cr2AlC分解和氮化生成Cr3C2和AlN，均匀的分布在基体中，并不需要机械混合，且两者热膨胀系数相差不大，能有效地结合在一起，得到基于Cr2AlC的Cr3C2-AlN复合粉体。
因此，本发明热处理时间短、工艺简单和实现所述Cr3C2-AlN的复合粉体微米至纳米级别的粒径可控，所制备的基于Cr2AlC的Cr3C2-AlN复合粉体纯度高和分散性好。
附图说明
图1是本发明制备的一种基于Cr2AlC的Cr3C2-AlN复合粉体的XRD分析图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
本具体实施方式中：
所述Cr2AlC粉体的纯度≥99.0wt％。
所述氮气的纯度≥98.5％。
实施例中不再赘述。
实施例1
一种基于Cr2AlC的Cr3C2-AlN复合粉体及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
将Cr2AlC粉体置入石墨坩埚，再将所述石墨坩埚放入气氛炉，抽真空至真空度≤100Pa，充入氮气，然后将所述气氛炉升温至1000～12000℃，保温3.5～5h，自然冷却至室温，制得基于Cr2AlC的Cr3C2-AlN复合粉体。
所述Cr2AlC粉体的粒度≤100nm。
实施例2
一种基于Cr2AlC的Cr3C2-AlN复合粉体及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
将Cr2AlC粉体置入石墨坩埚，再将所述石墨坩埚放入气氛炉，抽真空至真空度≤100Pa，充入氮气，然后将所述气氛炉升温至1200～1300℃，保温2.5～4h，自然冷却至室温，制得基于Cr2AlC的Cr3C2-AlN复合粉体。
所述Cr2AlC粉体的粒度≤600nm。
实施例3
一种基于Cr2AlC的Cr3C2-AlN复合粉体及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
将Cr2AlC粉体置入石墨坩埚，再将所述石墨坩埚放入气氛炉，抽真空至真空度≤100Pa，充入氮气，然后将所述气氛炉升温至1300～1400℃，保温1.5～3h，自然冷却至室温，制得基于Cr2AlC的Cr3C2-AlN复合粉体。
所述Cr2AlC粉体的粒度≤84μm。
实施例4
一种基于Cr2AlC的Cr3C2-AlN复合粉体及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
将Cr2AlC粉体置入石墨坩埚，再将所述石墨坩埚放入气氛炉，抽真空至真空度≤100Pa，充入氮气，然后将所述气氛炉升温至1400～1600℃，保温0.5～2h，自然冷却至室温，制得基于Cr2AlC的Cr3C2-AlN复合粉体。
所述Cr2AlC粉体的粒度≤150μm。
本具体实施方式与现有技术相比具有以下积极效果：
本具体实施方式采用单一原料的Cr2AlC粉体，采用的Cr2AlC粉体的粒度≤150μm，通过改变原料的粒度便能获得所需粒度级别的Cr3C2-AlN复合粉体，即制备的基于Cr2AlC的Cr3C2-AlN复合粉体能实现微米至纳米级别的粒径可控。本具体实施方式在制备过程中不添加任何成型剂和烧结助剂，在较短时间内制得基于Cr2AlC的Cr3C2-AlN复合粉体，工艺简单和热处理时间短。
本发明使用的Cr2AlC粉体反应活性高，在较低的温度下能和氮气完全反应生成Cr3C2-AlN复合粉体，得到的基于Cr2AlC的Cr3C2-AlN复合粉体如图1所示，图1是实施例 3制备的一种基于Cr2AlC的Cr3C2-AlN复合粉体，从图1可以看出：所制备的基于Cr2AlC的 Cr3C2-AlN复合粉体纯度高。本具体实施方式采用的Cr2AlC粉体具有良好的抗氧化性和高熔点，不仅是很有发展潜力的陶瓷材料，且可用作含碳耐火材料的涂层，提高了耐火材料的抗氧化性、耐磨性和热力学性能。随烧结温度的升高，Cr2AlC分解和氮化生成Cr3C2和AlN，均匀的分布在基体中，并不需要机械混合，且两者热膨胀系数相差不大，能有效地结合在一起，得到基于Cr2AlC的Cr3C2-AlN复合粉体。
因此，本具体实施方式热处理时间短、工艺简单和能实现所述Cr3C2-AlN的复合粉体微米至纳米级别的粒径可控，所制备的基于Cr2AlC的Cr3C2-AlN复合粉体纯度高和分散性好。

Claims (4)

1.一种基于Cr2AlC的Cr3C2-AlN复合粉体的制备方法，其特征在于所述制备方法是：
将Cr2AlC粉体置入石墨坩埚，再将所述石墨坩埚放入气氛炉，抽真空至真空度≤100Pa，充入氮气，然后将所述气氛炉升温至1000～1600℃，保温0.5～5h，自然冷却至室温，制得基于Cr2AlC的Cr3C2-AlN复合粉体。
2.根据权利1所述的基于Cr2AlC的Cr3C2-AlN复合粉体的制备方法，其特征在于所述Cr2AlC粉体的纯度≥99.0wt％；Cr2AlC粉体的粒度≤150μm。
3.根据权利1所述的基于Cr2AlC的Cr3C2-AlN复合粉体的制备方法，其特征在于所述氮气的纯度≥98.5％。
4.一种基于Cr2AlC的Cr3C2-AlN复合粉体的制备方法，其特征在于所述基于Cr2AlC的Cr3C2-AlN复合粉体的制备方法是根据权利要求1～3项中任一项所述基于Cr2AlC的Cr3C2-AlN复合粉体的制备方法的制备方法所制备基于Cr2AlC的Cr3C2-AlN复合粉体的制备方法。
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