CN1944249A

CN1944249A - 一种超细碳氮化钛粉及其制备方法

Info

Publication number: CN1944249A
Application number: CN 200610134116
Authority: CN
Inventors: 李喜坤; 修雅萌; 孙旭东; 赵海涛; 于洪浩; 付岩
Original assignee: Shenyang Ligong University
Current assignee: Shenyang Ligong University
Priority date: 2006-11-02
Filing date: 2006-11-02
Publication date: 2007-04-11

Abstract

一种超细碳氮化钛粉及其制备方法，属于纳米陶瓷粉体制备技术领域，本发明的超细碳氮化钛粉，采用淀粉或蔗糖为碳源，氢化钛为钛源，其重量百分比是：淀粉或者蔗糖为5～30％，氢化钛为70～95％，其余为氮气，其工艺方法是：(1)配料；(2)球磨；(3)干燥；(4)烧结；(5)取粉，本发明具有生产工艺简单、安全环保、不污染环境，并且生产原料来源广泛、生产效率高和成本低等优点，在工业化生产中具有较广阔的应用前景，适合于规模化生产，生产的超细碳氮化钛粉为棕红色，粒径在100纳米以下。

Description

一种超细碳氮化钛粉及其制备方法

技术领域

本发明属于纳米陶瓷粉体制备技术领域，特别涉及一种超细碳氮化钛粉及其制备方法。

背景技术

碳氮化钛是一种性能优良，用途广泛的非氧化物材料，它具有熔点高、硬度大、耐腐蚀和抗氧化性好特点，适用于机械化工，汽车制造和航空航天等许多领域。Ti(C，N)材料在金属切削刀具中得到广泛的应用，Ti(C，N)基硬质合金刀具强度高，硬度大，抗氧化性好，热传导性也较高。在金属切削加工中，Ti(C，N)还能生成相对较高的自由焓，增加其抵抗切削瘤、起皮和陷穴的形成。因此采用Ti(C，N)基硬质合金刀具高速研磨，在粗加工、半加工工件的尺寸精度和加七表面质量都优于WC或TiC基硬质合金刀具所加工的工件。由于TiC和TiN都具有NaCl型晶体结构，属于立方晶系面心立方点阵结构，Ti原子和C原子(对于TiN来说是N原子)各位于面心立方点阵的结点位置上，这两个点阵相距1/2的晶胞边长。TiC的晶胞参数为4.320A，而TiN的晶胞参数为4.235A，TiC的晶胞参数略小于TiC的晶胞参数^[5]。由于TiC和TiN属类质同型结构，TiC点阵中的C原子可以被N原子以任何的C或N原子Ti原子比例替代。因而，可以制备一种连续固溶体TiC_1-xN_x，0≤x≤1，TiC_1-xN_x的性能与TiC和TiN不相同。相对来说，TiC硬度较高，而TiN韧性较好，所以TiC_1-xN_x的性能随组成x的改变而有所变化。一般来说，随x值的增大，材料的硬度降低而韧性提高。

碳氮化钛Ti(C，N)的制备方法已有很多报道，如TiC和TiN直接反应合成，TiC和Ti在N₂气氛下高温合成，TiO₂的碳热还原合成，TiCl₄与CH₈N₂在CCl₄介质中热解合成，氨解溶胶凝胶法合成，在800～1400℃由甲胺-氩气混合气进行态粉末的碳氮化，以及各种化学气相合成和高温自蔓燃合成等。例如中国专利(专利号200410023706)是以四氯化钛为钛源、以碳化钙作碳源、以叠氮钠为氮源在不锈钢反应釜中进行交换，对反应物经过清洗、抽滤、烘干：化学反应式为：。该工艺要求在无水无氧条件下的手套箱中进行配料，操作难度大、生产成本高。再例如中国专利(专利号02125986.0)是利用直流电弧等离子体为热源，将流经电弧的气体N₂-H₂-Ar加热至高温1800～5200℃，与同时经蒸发器加热蒸发的液化气、TiCl₄和NH₃共同进入等离子体反应器快速发生分解和碳氮化钛合成反应，反应器内的温度保持在1200～1300℃时生成的碳氮化钛，並在极短的时间内结晶、长大、冷却，然后经气固分离得到纳米碳氮化钛粉体。以上这些方法都是采用了有毒的TiCl₄为钛源，容易造成污染或泄漏，对生产安全要求高，对设备要求高，不利于规模生产。

上述方法难以获得高纯度的碳氮化钛粉末，容易对生产环境造成污染，而且设备造价高，生产原料成本高，难以形成大批量生产。

发明内容

本发明的目的是针对现有制备碳氮化钛粉末存在的污染生产环境、原料成本高、难以大批量生产和生产效率低等技术问题，提供一种生产工艺简单、安全环保、不污染环境，并且生产原料来源广泛、生产效率高和成本低的超细碳氮化钛粉及其制备方法，适合于规模化生产。

本发明的技术特点是：采用淀粉、蔗糖为碳源的方法在碳管炉中还原TiH₄，在N₂气中，高温(1200℃～1800℃)制备超细碳氮化钛粉，化学反应原理是：

本发明的超细碳氮化钛粉，采用淀粉或蔗糖为碳源，氢化钛为钛源，其重量百分比是：淀粉或蔗糖为5～30％，氢化钛为70～95％，其余为氮气。

本发明的超细碳氮化钛粉的制备方法，其工艺方法是：

(1)配料：按照淀粉或蔗糖为5～30％，氢化钛为70～95％的重量百分比配料；

(2)球磨：将混合好的配料放入聚酯球磨罐中，加入95％的乙醇为介质，将ZrO₂磨球放入罐中，球料比为1～5∶1，球磨12～36h；

(3)干燥：球磨后的配料置入干燥箱中干燥2～10h，干燥温度为30～80℃；

(4)烧结：将干燥后的粉末置入碳管炉中，通入氮气，氮气流量为3～10ml/min，加热温度为1200～1800℃，并恒温0.5～3h后，就合成了Ti(C，N)超细碳氮化钛粉；

(5)取粉：待碳管炉冷却至常温时取粉，所得到的超细碳氮化钛粉为棕红色，粒径在100纳米以下。

本发明具有生产工艺简单、安全环保、不污染环境，并且生产原料来源广泛、生三产效率高和成本低等优点，在工业化生产中具有较广阔的应用前景，适合于规模化生产，生产的超细碳氮化钛粉为棕红色，粒径在100纳米以下。

附图说明

图1是淀粉为17.2％，氢化钛为82.8％，在1750℃恒温2h，在N₂气氛中(N₂流量为3ml/min)高温合成的Ti(C，N)超细碳氮化钛粉的X衍射图；

图2是淀粉为20.6％，氢化钛为79.4％在1700℃恒温2h，在N₂气氛中(N₂流量3ml/min)高温合成的Ti(C，N)超细碳氮化钛粉的X衍射图。

具体实施方式

结合实例进一步说明本发明的结构方案和工艺方法。

实例1：

按重量百分比配料，淀粉为17.2％，氢化钛为82.8％，在聚氨脂球磨罐中，以95％的乙醇为介质，用ZrO₂磨球球料比为5∶1，球磨时间24h。球磨后的配料在60℃的条件干燥，然后装入石墨烧舟，在自制的碳管炉中分别在1750℃恒温2h，在N₂气氛中(N₂流量为3ml/min)高温合成了棕红色的Ti(C，N)超细碳氮化钛粉。

实例2：

按重量百分比配料，淀粉为上20.6％，氢化钛为79.4％，在聚氨脂球磨罐中，以95％的乙醇为介质，用ZrO₂磨球球料比为5∶1，球磨时间24h。球磨后的配料在60℃的条件干燥，然后装入石墨烧舟，在自制的碳管炉中分别在1700℃恒温2h，在N₂气氛中(N₂流量为3ml/min)高温合成了棕红色的Ti(C，N)超细碳氮化钛粉。

实例3：

按重量百分比配料，淀粉为13.5％，氢化钛为86.5％，在聚氨脂球磨罐中，以95％的乙醇为介质，用ZrO₂磨球球料比为5∶1，球磨时间24h。球磨后的配料在60℃的条件干燥，然后装入石墨烧舟，在自制的碳管炉中分别在1800℃恒温2h，在N₂气氛中(N₂流量为6ml/min)高温合成了棕红色的Ti(C，N)超细碳氮化钛粉。

实例4：

按重量百分比配料，淀粉为13.5％，氢化钛为86.5％，在聚氨脂球磨罐中，以95％的乙醇为介质，用ZrO₂磨球球料比为5∶1，球磨时间24h。球磨后的配料在60℃的条件干燥，然后装入石墨烧舟，在自制的碳管炉中分别在1700℃恒温2h，在N₂气氛中(N₂流量为6ml/min)高温合成了棕红色棕红色的Ti(C，N)超细碳氮化钛粉。

实例5：

按重量百分比配料，淀粉为20.6％，氢化钛为79.4％，在聚氨脂球磨罐中，以95％的乙醇为介质，用ZrO₂磨球球料比为5∶1，球磨时间24h。球磨后的配料在60℃的条件干燥，然后装入石墨烧舟，在自制的碳管炉中分别在1700℃恒温1h，在N₂气氛中(N₂流量为4ml/min)高温合成了棕红色的Ti(C，N)超细碳氮化钛粉。

Claims

1、一种超细碳氮化钛粉，其特征是，采用淀粉或者蔗糖为碳源，氢化钛为钛源，其重量百分比是：淀粉或者蔗糖为5～30％，氢化钛为70～95％，其余为氮气。

2、一种超细碳氮化钛粉的制备方法，其特征是，其工艺方法是：

(2)球磨：将混合好的配料放入聚酯球磨罐中，将ZrO₂磨球放入罐中，球料比为1～5∶1，球磨12～36h；

(5)取粉：待碳管炉冷却至常温时取粉。

3、如权利要求2所述的一种超细碳氮化钛粉及制备方法，其特征是，所述球磨时加入95％的乙醇为介质。