CN1699284A - 亚微米级碳氮化钛粉末的燃烧合成方法 - Google Patents
亚微米级碳氮化钛粉末的燃烧合成方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1699284A CN1699284A CN 200510010013 CN200510010013A CN1699284A CN 1699284 A CN1699284 A CN 1699284A CN 200510010013 CN200510010013 CN 200510010013 CN 200510010013 A CN200510010013 A CN 200510010013A CN 1699284 A CN1699284 A CN 1699284A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- powder
- raw material
- titanium carbonitride
- combustion synthesis
- carbon black
- 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.)
- Granted
Links
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
亚微米级碳氮化钛粉末的燃烧合成方法,它涉及一种亚微米级碳氮化钛粉末材料的合成工艺。本发明的目的是为解决已有技术存在的生产周期长、能耗高、原料成本太高、容易引入杂质等问题。本发明将基础原料和稀释剂进行配料,基础原料按重量百分比为:二氧化钛:55%~62%、镁粉:20%~40%、碳黑:0%~20%,稀释剂为碳氮化钛粉末,稀释剂重量为基础原料的0~2.3倍;高温干燥后装入混料罐,机械球磨混合1200~1500分钟;将混合均匀的粉末装入石墨舟,然后放入高压容器中,反应器采用循环水冷却,充入氮气点火使之发生反应;冷却后将产物在盐酸溶液中酸洗,再经水洗、过滤、干燥后,得到最终产品。本发明具有反应速度快、节约能源、成本低、效率高、产物纯度高的优点。
Description
技术领域:
本发明涉及一种亚微米级碳氮化钛粉末材料的合成工艺。
背景技术:
制备碳氮化钛(Ti(C,N))粉末的方法通常有:高温氮化法,二氧化钛(TiO2)碳热还原法,碳化钛和氮化钛的高温扩散法,自蔓延高温合成-元素法,氨解法,机械合金化,化学气相沉积法,溶胶凝胶法等。高温氮化法以碳化钛(TiC)粉和钛(Ti)粉为原料,混合后在高温和氮气条件下进行长时间碳氮化处理以生成Ti(C,N)粉末;TiO2碳热还原法以TiO2粉和碳(C)粉为原料,在氮气中高温还原合成Ti(C,N)粉末;碳化钛和氮化钛的高温扩散法通常是由一定量的TiN和TiC粉末均匀混合于1700~1800℃热压固溶或于氩气氛中在更高的温度下固溶而得。上述几种工艺均为长时间的高温工艺过程,生产周期长、能耗高。近年来发展了一些新的碳氮化钛合成工艺,如氨解法、机械合金化、化学气相沉积法、溶胶凝胶法。但这些方法成本很高,难以满足工业生产的需要。氨解法:黄向东等人以四氯化钛(TiCl4)为原料,在常温下,将其溶入适当的溶剂中并加入某种添加剂,混合均匀后与氨气(NH3)反应,生成中间体与氯化铵(NH4Cl)溶液混合沉淀(中间体为Ti的胺基化合物与添加剂的均匀混合物)。然后除去中间体中的铵,在真空或氩气氛下,于1200~1600℃热解,获得了性能优良的Ti(C,N)。氨解法可在比传统制备方法低得多的温度下制得优质的Ti(C,N)粉末。但该方法为液体法,不容易控制,且原料昂贵,工业化生产有一定的难度。机械合金化:新加坡学者用工业TiC粉和TiN粉末作原料,用行星式球磨机对70%TiC+30%TiN及50%TiC+50%TiN(重量比)两个体系,分别进行机械合金化处理,其结果表明,在机械化球磨过程中TiC和TiN生成了固溶体。此方法虽为生产Ti(C,N)粉末开辟了一条新途径,但原料成本太高,而且容易引入杂质。化学气相沉积法和溶胶凝胶法适于合成特殊品种的碳氮化钛,成本均极高。燃烧合成法可以大规模、快速、低成本生产高品质的碳氮化钛粉末。燃烧合成法制备粉末有两种工艺:元素法和还原法。元素法以Ti粉、碳黑为原料,经过混料、压坯,在高压气一固相自蔓延合成装置上生产出了碳(C),氮(N)比可控的Ti(C,N)粉末,该方法的产物为块状物,需经破碎、粉碎,而得到粉末产品。不同的粉碎工艺可得到不同粒度等级产品。一般来说,气流磨工艺以引入杂质少、粒度小,其得到的产品最好,但其粒度较大,一般为3μm~10μm。
发明内容:
本发明的目的是为解决已有技术存在的生产周期长、能耗高、原料成本太高、难以满足工业生产的需要、而且容易引入杂质的问题,提供一种亚微米级碳氮化钛粉末的燃烧合成方法。本发明具有反应速度快、合成时间短、节约大量能源、成本低、生产效率高、产物纯度高、粒度小的特点。本发明的方法是按以下步骤实现的:一、将基础原料和稀释剂进行配料,基础原料包含二氧化钛、镁粉和碳黑,按重量百分比为:二氧化钛:55%~62%、镁粉:20%~40%、碳黑:0%~20%,稀释剂为碳氮化钛粉末,重量为基础原料的0~2.3倍;二、在80~150℃真空条件下干燥600~1200分钟,将基础原料和稀释剂的混合物装入混料罐,机械球磨混合1200~1500分钟;三、将混合均匀的粉末装入石墨舟,然后放入高压容器中,反应器采用循环水冷却,充入氮气的压强为0~15Mpa,点火使之发生自蔓延反应,点火采用Ni-Cr丝,点火剂为粒度小于300目的纯Ti粉与碳黑的混合物;四、冷却后取出产物,产物为碳氮化钛和氧化镁的混合物,产物在盐酸溶液中酸洗去除氧化镁,剩余的碳氮化钛经水洗、过滤、干燥后,得到最终的产品。本发明的有益效果是:采用还原法燃烧合成工艺,制备出低成本、高纯度的亚微米级球形碳氮化钛粉末。燃烧合成工艺的优点是反应速度快、合成时间短、节约大量的能源、成本低、生产效率高、产物纯度高、粒度小。与现有技术相比较,本发明的主要优势在于节约大量的能源、并降低产品的成本、燃烧合成的效率很高,反应过程只需几分钟即可完成,极大地提高了生产效率、燃烧合成的温度很高(可达2000-3000℃),高温有利于杂质的挥发,因而产物的纯度很高。综合上述分析,采用本发明的技术生产碳氮化钛粉末,具有生产效率高、耗能少、成本低等突出优点,产品性能优良,应用前景广阔,该技术的使用将具有明显的社会效益和经济效益。
具体实施方式:
具体实施方式一:本实施方式的方法是按以下步骤实现的:一、将基础原料和稀释剂进行配料,基础原料按重量百分比为:二氧化钛:55%~62%、镁粉:20%~40%、碳黑:0%~20%,稀释剂为碳氮化钛粉末,重量为基础原料的0~2.3倍;二、在80~150℃真空条件下干燥600~1200分钟,将基础原料和稀释剂的混合物装入混料罐,机械球磨混合1200~1500分钟;三、将混合均匀的粉末装入石墨舟,然后放入高压容器中,反应器采用循环水冷却,充入氮气的压强为0~15Mpa,点火使之发生自蔓延反应,点火采用Ni-Cr丝,点火剂为粒度小于300目的纯Ti粉与碳黑的混合物;四、冷却后取出产物,产物为碳氮化钛和氧化镁的混合物,产物在盐酸溶液中酸洗去除氧化镁,剩余的碳氮化钛经水洗、过滤、干燥后,得到最终的产品。
具体实施方式二:本实施方式的原料由基础原料和稀释剂组成,基础原料中各组分的重量百分比为:二氧化钛:60%、镁粉:40%,加入的稀释剂重量为基础原料的0~2.3倍,反应氮气压强为0,获得的产物为纯钛粉(Ti),随稀释剂含量的变化,平均粒度可在0.1μm~10μm范围变化,产物中的C、N含量有微小波动。其它方法和步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:本实施方式的原料由基础原料和稀释剂组成,基础原料中各组分的重量百分比为:二氧化钛:60%、镁粉:40%,加入的稀释剂重量为基础原料的0~2.3倍,反应氮气压强为10Mpa,获得的产物为氮化钛粉末(TiN0.97),随稀释剂含量的变化,平均粒度可在0.1μm~10μm范围变化,产物中的C、N含量有微小波动。其它方法和步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式四:本实施方式的原料由基础原料和稀释剂组成,基础原料中各组分的重量百分比为:二氧化钛:55%、镁粉:36%、碳黑:9%,加入的稀释剂重量为基础原料的0~2.3倍,反应氮气压强为0,获得的产物为碳化钛粉末(TiC0.99),随稀释剂含量的变化,平均粒度可在0.1μm~10μm范围变化,产物中的C、N含量有微小波动。其它方法和步骤与具体
实施方式一相同。
具体实施方式五:本实施方式的原料由基础原料和稀释剂组成,基础原料中各组分的重量百分比为:二氧化钛:59%、镁粉:37%、碳黑:4%,加入的稀释剂重量为基础原料的0~2.3倍,反应氮气压强为9Mpa,获得的产物为碳氮化钛粉末(TiC0.48N0.47),随稀释剂含量的变化,平均粒度可在0.1μm~10μm范围变化,产物中的C、N含量有微小波动。其它方法和步骤与
具体实施方式一相同。
具体实施方式六:在具体实施方式五中没有利用碳黑替代部分镁粉,本实施方式利用这一方法可以降低原料的成本,原料由基础原料和稀释剂组成,基础原料中各组分的重量百分比为:二氧化钛:62%、镁粉:23%、碳黑:15%,加入的稀释剂重量为基础原料的0~2.3倍,反应氮气压强为9Mpa,获得的产物为碳氮化钛粉末(TiC0.49N0.46),随稀释剂含量的变化,平均粒度可在0.1μm~10μm范围变化,产物中的C、N含量有微小波动。其它方法和步骤与具体实施方式一相同。
工作原理:燃烧合成,即自蔓延高温合成(英文简称SHS),是一种新型的无机难熔材料的制备工艺。它利用原料合成反应时放出的大量反应热,使反应自维持下去直至反应结束,从而获得所需产物的一种方法。还原法燃烧合成碳氮化钛粉末所利用的化学反应方程式为:
式中,x为原料中加入碳的含量、y为原料中加入稀释剂的含量,稀释剂为将产物加入原料中以降低反应的温度,控制工艺进程。
上述碳氮化钛燃烧合成是在一定压强的氮气气氛下进行的,随着压强的升高,产物中氮含量相应提高,当氮的含量达到饱和值后,即使压强再升高,产物中氮含量也不会升高。调节反应时氮气的压强,可以控制产物中氮的含量。必要的压强是得到充分氮化产物的保证,但过高的压强(高于使产物中氮含量饱和的反应压强)并不能提高产物的氮含量,而带来不必要的浪费。反应时氮气压强在0~15MPa范围内即可。当反应的氮气压强为零时,且原料粉中有碳黑时,得到的产物为碳化钛,可以看作是碳氮化钛粉末中碳氮成分变化的一个特例,氮含量为0。
原料中稀释剂的含量对产物的粒度大小,具有重要的影响。稀释剂含量越高,产物的粒度越小。在稀释剂含量占整个原料的0%~70%重量比的情况下,均可实现燃烧合成反应。相应的产物平均粒度可在10μm~0.2μm范围内变化。
影响产物中碳含量的关键影响因素为原料中碳黑粉的含量。当原料中的碳黑含量为零时,反应时氮气压强为零时,产物为钛粉;氮气压强不为零时,产物为氮化钛,随氮气压强升高,产物中氮含量升高。随碳黑粉的含量的增加,产物中碳含量增加。当碳的含量达到饱和值后,即使碳黑粉的含量再升高,产物中碳含量也不会升高,反而会增加产物中杂质碳的含量。
当原料中镁粉含量足以还原二氧化钛时,加入的碳黑将转化为碳氮化钛粉末中化合态的碳,此时可以按反应式(1)来确定原料中碳黑含量,以控制碳氮化钛产物中碳的含量。
鉴于原料中镁粉的价格较贵,在利用还原法燃烧合成方法制备碳氮化钛粉末时,可利用碳黑代替部分的镁粉作为还原剂,反应原理如下:
(2)
式中,x为原料中将转化为产物碳氮化钛的碳黑;Z为代替Mg作为还原剂的碳黑;y为原料中加入稀释剂的含量。Z值越大,原料成本越低。为确保燃烧合成反应进行,Z存在最大值Zmax,大于该值将不能实现燃烧合成反应。Zmax与稀释剂的含量y相联系,y越大,Zmax越小,也就是说稀释剂含量的增加,会降低用碳黑取代镁粉作为还原剂的能力。不加入稀释剂时,即y=0时,Zmax最大,依反应条件的不同,Zmax可达到0.5~0.75。
本发明的产物为碳氮化钛粉末,化学式为TiCxNy,可通过调节工艺参数,获得x,y值不同的产品,x的变化范围为0~1,y值的变化范围为1~0,x+y≤1。产物碳氮化钛为球形粉末,粒度范围在0.2μm~10μm之间,纯度大于99%。
Claims (8)
1、亚微米级碳氮化钛粉末的燃烧合成方法,其特征在于它是按以下步骤实现的:一、将基础原料和稀释剂进行配料,基础原料包含二氧化钛、镁粉和碳黑,按重量百分比为:二氧化钛:55%~62%、镁粉:20%~40%、碳黑:0%~20%,稀释剂为碳氮化钛粉末,重量为基础原料的0~2.3倍;二、在80~150℃真空条件下干燥600~1200分钟,将基础原料和稀释剂的混合物装入混料罐,机械球磨混合1200~1500分钟;三、将混合均匀的粉末装入石墨舟,然后放入高压容器中,反应器采用循环水冷却,充入氮气的压强为0~15Mpa,点火使之发生自蔓延反应,点火采用Ni-Cr丝,点火剂为粒度小于300目的纯Ti粉与碳黑的混合物;四、冷却后取出产物,产物为碳氮化钛和氧化镁的混合物,产物在盐酸溶液中酸洗去除氧化镁,剩余的碳氮化钛经水洗、过滤、干燥后,得到最终的产品。
2、根据权利要求1所述的亚微米级碳氮化钛粉末的燃烧合成方法,其特征在于基础原料中各组分的重量百分比为:二氧化钛:60%、镁粉:40%。
3、根据权利要求1所述的亚微米级碳氮化钛粉末的燃烧合成方法,其特征在于基础原料中各组分的重量百分比为:二氧化钛:55%、镁粉:36%、碳黑:9%。
4、根据权利要求1所述的亚微米级碳氮化钛粉末的燃烧合成方法,其特征在于基础原料中各组分的重量百分比为:二氧化钛:59%、镁粉:37%、碳黑:4%。
5、根据权利要求1所述的亚微米级碳氮化钛粉末的燃烧合成方法,其特征在于基础原料中各组分的重量百分比为:二氧化钛:62%、镁粉:23%、碳黑:15%。
6、根据权利要求1所述的亚微米级碳氮化钛粉末的燃烧合成方法,其特征在于反应氮气压强为0。
7、根据权利要求1所述的亚微米级碳氮化钛粉末的燃烧合成方法,其特征在于反应氮气压强为9Mpa。
8、根据权利要求1所述的亚微米级碳氮化钛粉末的燃烧合成方法,其特征在于反应氮气压强为10Mpa。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CNB2005100100138A CN100443443C (zh) | 2005-05-23 | 2005-05-23 | 亚微米级氮化钛、碳化钛和碳氮化钛粉末的燃烧合成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CNB2005100100138A CN100443443C (zh) | 2005-05-23 | 2005-05-23 | 亚微米级氮化钛、碳化钛和碳氮化钛粉末的燃烧合成方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN1699284A true CN1699284A (zh) | 2005-11-23 |
CN100443443C CN100443443C (zh) | 2008-12-17 |
Family
ID=35475567
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CNB2005100100138A Expired - Fee Related CN100443443C (zh) | 2005-05-23 | 2005-05-23 | 亚微米级氮化钛、碳化钛和碳氮化钛粉末的燃烧合成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN100443443C (zh) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101863663A (zh) * | 2010-07-15 | 2010-10-20 | 武汉工程大学 | 燃烧法制备亚微米级碳化钛多晶粉末 |
CN101708989B (zh) * | 2009-12-14 | 2012-02-15 | 哈尔滨工业大学 | 燃烧合成法制备氮化铝/氮化硼复合陶瓷的方法 |
CN101569931B (zh) * | 2009-04-17 | 2012-07-04 | 上海应用技术学院 | 超细钨粉的制备方法 |
CN102718214A (zh) * | 2011-03-29 | 2012-10-10 | 厦门钨业股份有限公司 | 一种高均匀性碳氮化钛粉末制备方法 |
CN103274695A (zh) * | 2013-05-31 | 2013-09-04 | 哈尔滨工业大学 | 一种非氧化物共晶陶瓷燃烧合成熔铸的方法 |
CN110104621A (zh) * | 2019-05-27 | 2019-08-09 | 盐城工学院 | 一种多孔氮化钛的制备方法 |
CN110921639A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-03-27 | 江苏大学 | 一种纳米碳氮化钛粉末的制备方法 |
CN115196606A (zh) * | 2022-07-29 | 2022-10-18 | 株洲托普硬质合金材料有限公司 | 一种高性能碳氮化钛的制备方法及设备 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61106405A (ja) * | 1984-10-29 | 1986-05-24 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 炭窒化チタン粉末の製造法 |
JP4405694B2 (ja) * | 2001-07-16 | 2010-01-27 | 株式会社アライドマテリアル | 炭窒化チタン粉末とその製造方法 |
CN1167645C (zh) * | 2002-08-08 | 2004-09-22 | 白万杰 | 等离子体化学气相合成法制备碳氮化钛陶瓷粉体的工艺 |
CN1239397C (zh) * | 2004-03-02 | 2006-02-01 | 山东大学 | 碳氮化钛三元化合物粉体材料的制备方法 |
-
2005
- 2005-05-23 CN CNB2005100100138A patent/CN100443443C/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101569931B (zh) * | 2009-04-17 | 2012-07-04 | 上海应用技术学院 | 超细钨粉的制备方法 |
CN101708989B (zh) * | 2009-12-14 | 2012-02-15 | 哈尔滨工业大学 | 燃烧合成法制备氮化铝/氮化硼复合陶瓷的方法 |
CN101863663A (zh) * | 2010-07-15 | 2010-10-20 | 武汉工程大学 | 燃烧法制备亚微米级碳化钛多晶粉末 |
CN101863663B (zh) * | 2010-07-15 | 2012-08-29 | 武汉工程大学 | 燃烧法制备亚微米级碳化钛多晶粉末 |
CN102718214A (zh) * | 2011-03-29 | 2012-10-10 | 厦门钨业股份有限公司 | 一种高均匀性碳氮化钛粉末制备方法 |
CN103274695B (zh) * | 2013-05-31 | 2014-10-08 | 哈尔滨工业大学 | 一种非氧化物共晶陶瓷燃烧合成熔铸的方法 |
CN103274695A (zh) * | 2013-05-31 | 2013-09-04 | 哈尔滨工业大学 | 一种非氧化物共晶陶瓷燃烧合成熔铸的方法 |
CN110104621A (zh) * | 2019-05-27 | 2019-08-09 | 盐城工学院 | 一种多孔氮化钛的制备方法 |
CN110104621B (zh) * | 2019-05-27 | 2022-11-04 | 盐城工学院 | 一种多孔氮化钛的制备方法 |
CN110921639A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-03-27 | 江苏大学 | 一种纳米碳氮化钛粉末的制备方法 |
CN110921639B (zh) * | 2019-11-29 | 2023-10-10 | 江苏大学 | 一种纳米碳氮化钛粉末的制备方法 |
CN115196606A (zh) * | 2022-07-29 | 2022-10-18 | 株洲托普硬质合金材料有限公司 | 一种高性能碳氮化钛的制备方法及设备 |
CN115196606B (zh) * | 2022-07-29 | 2024-05-10 | 株洲托普硬质合金材料有限公司 | 一种高性能碳氮化钛的制备方法及设备 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN100443443C (zh) | 2008-12-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN1699284A (zh) | 亚微米级碳氮化钛粉末的燃烧合成方法 | |
CN100480180C (zh) | 一种纳米级碳化钒粉末的制备方法 | |
CN103130506B (zh) | 一种制备超细碳氮化钛的方法 | |
CN1173880C (zh) | 一种低压燃烧合成高α相氮化硅粉体的方法 | |
CN108557783B (zh) | 高纯纳米氮化钛粉末的制备方法 | |
CN102311114A (zh) | 纳米碳化钨的制备方法 | |
CN1699168A (zh) | 二硼化锆微粉的燃烧合成方法 | |
CN103771359A (zh) | 一种无添加剂燃烧合成制备亚微米级高α相氮化硅粉体的方法 | |
CN110791671B (zh) | 一种Al-Ti-C-SiC复合材料及其制备方法 | |
CN109778046B (zh) | 一种低成本高性能混晶结构WC-Co硬质合金的制备方法 | |
CN1210203C (zh) | 一种制备碳化钨粉体的方法 | |
CN101774809A (zh) | 自蔓燃制备氮化硅复合碳化硅粉体的方法 | |
CN1187261C (zh) | 立方相纳米氮化钒粉体的制备方法 | |
CN101229916B (zh) | 以聚四氟乙烯为添加剂燃烧合成氮化硅粉体的方法 | |
CN1944249A (zh) | 一种超细碳氮化钛粉及其制备方法 | |
CN1341576A (zh) | 自蔓延高温还原合成法制备高纯二硼化钛陶瓷微粉 | |
KR20040074828A (ko) | 금속열환원법에 의한 티아이씨계 나노복합분말 합성방법 | |
CN1587188A (zh) | 一步合成高纯二硼化锆-三氧化二铝陶瓷复合粉末的方法 | |
CN101112993A (zh) | 高纯度二硼化铪微粉燃烧合成方法 | |
CN110467469B (zh) | 一种合成多晶立方氮化硼用前驱物的制备方法 | |
CN100422074C (zh) | 纳米碳氮化钛粉体的制备方法 | |
CN107904425B (zh) | 氮化钒铁的制备方法 | |
CN106744968B (zh) | 一种固相法制备高纯碳化硼粉体的方法 | |
Borovinskaya et al. | Self-propagating high-temperature synthesis of ultrafine and nanosized WC and TiC powders | |
CN1396111A (zh) | 一种制备立方相纳米氮化铌粉体的方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
C17 | Cessation of patent right | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20081217 Termination date: 20110523 |