ES2767408T3 - Método de producción de polvo de carbonitruro de titanio - Google Patents

Método de producción de polvo de carbonitruro de titanio Download PDF

Info

Publication number
ES2767408T3
ES2767408T3 ES15832342T ES15832342T ES2767408T3 ES 2767408 T3 ES2767408 T3 ES 2767408T3 ES 15832342 T ES15832342 T ES 15832342T ES 15832342 T ES15832342 T ES 15832342T ES 2767408 T3 ES2767408 T3 ES 2767408T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
phase
titanium carbonitride
carbon
moles
calcium
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.)
Active
Application number
ES15832342T
Other languages
English (en)
Inventor
Hyun Ho Lee
Ki Hong Kim
Su Jeong Shin
Sang Myun Kim
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.)
NANO TECH CO Ltd
Original Assignee
NANO TECH 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 NANO TECH CO Ltd filed Critical NANO TECH CO Ltd
Application granted granted Critical
Publication of ES2767408T3 publication Critical patent/ES2767408T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/16—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
    • B22F9/18—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds
    • B22F9/20—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds starting from solid metal compounds
    • B22F9/22—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds starting from solid metal compounds using gaseous reductors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G23/00—Compounds of titanium
    • C01G23/002—Compounds containing, besides titanium, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/16—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
    • B22F9/18—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/082—Compounds containing nitrogen and non-metals and optionally metals
    • C01B21/0828—Carbonitrides or oxycarbonitrides of metals, boron or silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/90—Carbides
    • C01B32/914—Carbides of single elements
    • C01B32/921—Titanium carbide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/30—Particle morphology extending in three dimensions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/51—Particles with a specific particle size distribution
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/61—Micrometer sized, i.e. from 1-100 micrometer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/62—Submicrometer sized, i.e. from 0.1-1 micrometer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
    • 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
    • C01P2006/32—Thermal properties
    • C01P2006/37—Stability against thermal decomposition

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

Un método de producción de polvo de carbonitruro de titanio, donde el método se compone de las siguientes fases: una fase de mezclado con el fin de poner en contacto por cada mol de dióxido de titanio (TiO2), más de 2 moles hasta 6 moles o menos de calcio (Ca) y de 0,2 moles hasta 2,5 moles de carbono (C) bajo una atmósfera inerte, donde el carbono es carbón activado o negro de carbón; una fase de síntesis con el fin de que reaccione la mezcla que se obtiene de la fase de mezclado al calentar bajo una atmósfera de nitrógeno a una presión de 49.033,25Pa (0,5kgf/cm2) hasta 980.665Pa (10kgf/cm2) a una temperatura de 600 - 1500 ºC; y una fase de lavado con el fin de eliminar el óxido de calcio (CaO) al lavar la mezcla con agua una vez que se haya completado la fase de síntesis.

Description

DESCRIPCIÓN
Método de producción de polvo de carbonitruro de titanio.
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención guarda relación con un método de producción de polvo ultrafino de carbonitruro de titanio. Más en particular, la presente invención guarda relación con un método de producción de polvo de carbonitruro de titanio ultrafino y esferoidizado a través de una reducción termometálica.
ANTECEDENTES
El material compuesto que se obtiene al combinar carburos de metal de transición y aglutinantes de metal se utiliza ampliamente como materia prima para herramientas de corte. Entre las diversas subdivisiones de tal material compuesto, las clases principales para las aplicaciones de las herramientas de corte son compuestos de carburo de tungsteno (carburo WC-Co) y cermets basados en carbonitruro de titanio (Ti(C,N) o TiCN) que tienen una gran resistencia y una buena dureza.
El carbonitruro de titanio (Ti(C,N) o TiCN) es una solución sólida de nitruro de titanio (TiN) y de carburo de titanio (TiC). Como se compone de ambos componentes, el carbonitruro de titanio se aprovecha tanto de la alta dureza del carburo de titanio como de la estabilidad química y de la resistencia excelentes del nitruro de titanio. Además, tiene una mayor resistencia a la oxidación y una mejor conductividad del calor y de la electricidad, además de que muestra una resistencia favorable a la fluencia y a la abrasión. Tales cualidades otorgan unas propiedades físicas a las herramientas de corte basadas en carbonitruro de titanio que son superiores en comparación con aquellas basadas en carburo de tungsteno.
Por consiguiente, aumenta cada vez más el uso de los polvos de carbonitruro de titanio para los materiales de corte a pesar de su elevado costo, donde las aplicaciones representativas son las herramientas de corte para fabricar productos y productos semiacabados de acero y de hierro fundido que necesitan una velocidad de corte mayor que las herramientas de carburo de tungsteno.
Varios métodos de técnicas anteriores de preparación de polvos de carbonitruro de titanio se realizaron en dos fases en las que el carburo de titanio en polvo primero se obtuvo y posteriormente se calentóbajo una atmósfera de nitrógenode alta presión durante largos períodos a altas temperaturas con el fin de sintetizar el carbonitruro de titanio. No obstante, la preparación de las partículas finas de carbonitruro de titanio resultaba muy difícil de esta manera debido a que las condiciones de altas temperaturas causaban un aumento brusco de las partículas de carburo de titanio antes de que tuviera lugar su reacción con el nitrógeno.
Por otra parte, las propiedades mecánicas que se necesitan en las herramientas de corte tienden a mejorar cuando el polvo de carbonitruro de titanio se vuelve más fino y aumenta su pureza. Por consiguiente, los métodos de técnicas anteriores se basaban en someter el polvo de carbonitruro de titanio sintetizado asu molienda, por ejemplo, con molinos de bolas, con el fin de obtener partículas finas que fueran de menos de unos pocos micrómetros de ancho. Esto se vio perjudicado por los largos períodos que se necesitaban para la molienda debido a la alta dureza del carbonitruro de titanio.
Por ejemplo, una referencia de una técnica anterior sobre la elaboración de un cermet de matriz TiCN ultrafino (Zhang et al., Rare Metals, vol. 29 (2010), 5a edición, p 528, Preparation and properties of ultra-fine TiCN matrix cermets by vacuum microwave sintering) instruye sobre la obtención de un polvo ultrafino de menos de 1pm de ancho a través de la moliendadel carbonitruro de titanio en polvo disponible en el mercado, el cual tiene un tamaño medio de partícula de 2,2 pm,durante 50 horas seguido de la sinterización por microondas en vacío. La referencia informa sobre el hecho de que tal sinterización por microondas en vacío produce un cermet de TiCN cuyas partículas eran más finas, más duras y más densas que las que se obtuvieron solo con la sinterización por microondas. Otro documento de una técnica anterior (Bavbande et al., 2004, Journal of ThermalAnalysis and Calorimetry, Vol. 78, p.775-780) divulga que el TiC se puede hacer a partir de TiO2, metal de calcio y grafito bajo una atmósfera de argón a 850-900 °C.
En la actualidad, el carbonitruro de titanio en polvo disponible en el mercado tiene un tamaño medio de partícula de aproximadamente 1 - 3 pm. Existe una fuerte demanda en este campo de grados ultrafinos de carbonitruro de titanio, esto es, grados más finos que los que están disponibles a día de hoy, los cualesvan desde unas pocas decenas hasta unos pocos cientos de nanómetros. Sin embargo, tal como se ha mencionado anteriormente, el campo aún carece de un método para elaborar carbonitruro de titanio en polvo ultrafino que pueda evitar las fases de procesamiento adicionales postsintéticas como la molienda y el tratamiento térmico. Por consiguiente, existe una necesidad insatisfecha en este campo para desarrollar un método económico con este propósito.
OBJETIVOS DE LA INVENCIÓN
Es un objetivo de la presente invención proporcionar un método para producir carbonitruro de titanio a temperaturas relativamente bajas.
Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un método económico para producir carbonitruro de titanio con facilidad a gran escala utilizando procedimientos sencillos.
Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un método para producir carbonitruro de titanio en forma ultrafina.
RESUMEN DE LA INVENCIÓN
Con el fin de lograr los objetivos mencionados anteriormente, la presente invención proporciona un método de producción de polvo de carbonitruro de titanio, donde el método se compone de las siguientes fases: una fase de mezclado con el fin de poner en contacto dióxido de titanio (TiO2), calcio (Ca) y carbono (C) bajo una atmósfera inerte; una fase de síntesis con el fin de que reaccione la mezcla que se obtiene de la fase de mezclado al calentar bajo una atmósfera de nitrógeno a una temperatura de aproximadamente 600 - 1500 °C o inferior a esta temperatura; y una fase de lavado con el fin de eliminar el óxido de calcio (CaO) al lavar la mezcla con agua una vez que se haya completado la fase de síntesis. En la fase de síntesis del método inventivo, el dióxido de titanio, el material de partida, se somete a una carburación y a una nitrificación simultáneamente con el fin de formar carbonitruro de titanio. En la fase de lavado del método inventivo, el óxido de calcio se elimina de los productos de reacción al disolverse en agua.
En la presente invención, en la fase de mezclado el dióxido de titanio y el calcio se mezclan en una proporción de más de aproximadamente 2 moles hasta aproximadamente 6 moles o menos de calcio por cada mol de dióxido de titanio. En la presente invención, en la fase de mezclado el dióxido de titanio y el carbono se mezclan en una proporción de aproximadamente 0,2 moles hasta aproximadamente 2,5 moles de carbono por cada mol de dióxido de titanio.
De conformidad con otra realización de la invención, la fase de mezclado se puede realizar a modo de una mezcla en seco.
En una realización específica de la presente invención, la fase de síntesis se puede realizar a una temperatura igual o superior al punto de fusión del calcio. De conformidad con otra realización específica de la invención, la fase de síntesis se puede realizar en un recipiente de carbono.
De conformidad con otra realización de la invención, se puede introducir una fase de moldeoentre la fase de mezclado y la fase de síntesis en la que la mezcla que se obtiene de la fase de mezclado se moldea por compresión.
El polvo de carbonitruro de titanio elaborado tiene una composición de aproximadamente TiCo,3No,7 hasta aproximadamente TiC0,7N0,3, y un tamaño de partícula que oscila entreaproximadamente 10 nm y aproximadamente 1pm.
En otra realización de la invención, el carbonitruro de titanio lavado se puede tratar también con ácido de ser necesario.
EFECTOS VENTAJOSOS DE LA INVENCIÓN
El método inventivo de producción de polvo de carbonitruro de titanio es muy económico puesto que emplea materiales de dióxido de titanio y de calcio de los que existe una alta disponibilidad. La elección del calcio como el reductor en el método inventivo permite una reacción homogénea al mantener una distribución de la masa favorable mientras que permite que la reacción sintética se realice a temperaturas relativamente bajas y que sea fácil controlar la agregación de polvo. Además, el método inventivo proporciona un proceso simplificado en el que la carburación y la nitrificación se llevan a cabo simultáneamente y los productos secundarios se pueden eliminar fácilmente. De conformidad con la presente invención, el carbonitruro de titanio con formas y tamaños de partícula uniformes se puede elaborar a gran escala.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La figura 1 muestra un difractograma de rayos X que confirma la presencia de polvo de carbonitruro de titanio y de CaO, un subproducto en los productos de reacción de conformidad con una realización de la presente invención. Los productos de reacción se analizaron con una difracción de rayos X antes de que se lavaran con agua.
Lasfiguras 2a y 2b son fotografías realizadas con un microscopio electrónico de barrido de emisión de campo (FESEM, por sus siglas en inglés) de los mismos productos de reacción sin lavar de la figura 1.
La figura 3 muestra un difractograma de rayos X del polvo de carbonitruro de titanio de conformidad con una realización de la presente invención. El análisis de rayos X se realizó para los productos de reacción lavados con agua.
La figura 4 es una fotografía realizada con FESEM del polvo de carbonitruro de titanio de conformidad con la misma realización de la figura 3. La fotografía se realizó tras lavar los productos de reacción con agua.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
La primera fase de la presente invención es una fase de mezclado en la que el dióxido de titanio (TiO2), el calcio (Ca) y el carbono (C) entran en contacto bajo una atmósfera inerte.
Tanto la forma cristalina de anatasa como la de rutilo de dióxido de titanio se pueden utilizar como el material de partida en la presente invención, donde la forma de anatasa tiene una mayor reactividad que la forma de rutilo. Además, es preferible que se seleccione el polvo de dióxido de titanio con el tamaño de partícula más pequeño posible ya que esto ayuda a que el carbonitruro de titanio elaborado consiga un tamaño de partícula ultrafino. Teniendo en cuenta los factores económicos y el tamaño de partícula del carbonitruro de titanio, los polvos de dióxido de titanio con unos tamaños de partícula de 10 nm - 10 p,m se pueden utilizar en realizaciones específicas de la presente invención.
En el método inventivo para producir carbonitruro de titano, el calcio actúaa modo de un reductor que reduce el dióxido de titano y que permite que reaccione con carbono y nitrógeno. En una realización específica, la proporción de mezcla del dióxido de titanio en relación con el calcio es preferiblemente de másde aproximadamente 2 moleshasta aproximadamente 6 moles o menos de calcio por cada mol de dióxido de titanio. Si el calcio se haya presente en menos de aproximadamente 2 moles, algunos de los de dióxido de titanio puede que no reaccionen. Si hay más de aproximadamente 6 moles de calcio presentes, se puede formar un exceso local de calcio alrededor del titanio, y esto llevaría a que se formasen partículas gruesas de carbonitruro de titanio y a que se coagulase el polvo elaborado, lo que dificultaría la obtención de un polvo homogéneo.
En teoría, 2 moles de calcio por cada mol de dióxido de titanio serían suficientes para que reaccionase todo el dióxido de titanio, pero en la práctica es preferible que se exceda la cantidad teórica del uso de calcio, ya que debido a la alta reactividad del calcio parte de éste se perderá en la oxidación no deseada. Además, como al aumentar la reactividad del calcio su tamaño de partícula disminuye, puede ser complicado manipular grados muy finos. Por consiguiente, en una realización específica de la presente invención, se utiliza polvo de calcio con un tamaño de partícula algo más grande que el del TiO2.
El carbono es la fuente de la fracción de carburo del carbonitruro de titanio de la presente invención. En general, las sustancias que se conocen como fuentes de carbono en este campo se pueden utilizar sin que tengan ninguna limitación particular. Por ejemplo, se pueden utilizar el carbón activado y el negro de carbón. En una realización específica de la presente invención, se utiliza el negro de carbón teniendo en cuenta el tamaño de partícula del carbonitruro de titanio producido.
En una realización específica, la proporción de mezcla de dióxido de titanio en relación con carbono es preferiblemente de aproximadamente 0,2 moleshasta aproximadamente 2,5 moles de carbono por cada mol de dióxido de titanio. Si el carbono se haya presente en menos de aproximadamente 0,2 moles, puede que una gran cantidad de dióxido de titanio no reaccione. En caso de que hubiera más de aproximadamente 2,5 moles de carbono presentes,sería casi imposible conseguir la nitrificación a bajas temperaturas.
En la presente invención, se recomienda evitar el uso de polvo de carbono con grados muy gruesos de manera que se pueda conseguir una mezcla homogénea de los reactivos. Se puede utilizar convenientemente el polvo de carbono con un tamaño de partícula más pequeño que el del calcio.
La fase de mezclado del método inventivo se realiza bajo una atmósfera inerte con el fin de evitar que el calcio se oxide. Para la atmósfera inertees suficiente con que se elimine el oxígeno por medio de gas inerte, tal como puede ser el nitrógeno o el argón. En una realización específica de la presente invención, se utiliza el nitrógeno como la atmósfera inerte teniendo en cuenta la continuidad entre la fase de mezclado y la consiguiente fase de síntesis.
La fase de mezclado puede realizarse tanto en húmedo como en seco. En una realización específica, se utiliza la mezcla en seco ya que puede resultar mejor en lo que respecta a la prevención de la oxidación del calcio.
El tiempo de mezclado no está especialmente limitado,siempre que haya suficiente tiempo para que los materiales de partida se mezclen por completo, y se puede realizar una amplia variedad de variaciones al tiempo de mezclado en vista de factores, tales como los tamaños de partícula de los materiales de partida y el método de mezclado. Por ejemplo, el mezclado puede efectuarse, aunque no está limitado a este tiempo, desde 10 minutos hasta 48 horas.
En la siguiente fase, la mezcla resultante se calienta bajo una atmósfera de nitrógeno con el fin de formar carbonitruro de titanio (Ti(C,N)). Esta fase de síntesis forma carbonitruro de titanio al proporcionar una atmósfera reactiva para cada material de partida. La reacción química para formar carbonitruro de titanio es la que se proporciona a continuación:
[fórmula química] TiO2 xCa C N2^ TiCyN1-y xCaO
El calentamiento se realiza a una velocidad adecuada para que la temperatura aumente hasta un punto en el que la reacción anterior se lleve a cabo eficazmente. Después se permite que la reacción continúe durante un período de tiempo suficiente a esta temperatura objetivo. La temperatura objetivo máxima se puede establecer preferiblemente desde aproximadamente 600°Chasta aproximadamente 1500°C con el fin de que proporcione un alto rendimiento para el carbonitruro de titanio.
En una realización específica de la presente invención, la fase de síntesis se realiza a una temperatura igual o superior al punto de fusión del calcio; dicho de otro modo, desde el punto de fusión del calciohasta aproximadamente 1500°C o por debajo de esta temperatura. Si la reacción se ejecuta por encima del punto de fusión del calcio, éste se presenta en un estado líquido y el aumento de la fluidez mejora significativamente la distribución de la masa en el sistema de reacción. La distribución de la masa mejorada lleva a su vez a la obtención de un carbonitruro de titanio homogéneo y esferoidizado.
En otra realización específica de la presente invención, la fase de síntesis se realiza bajo una presión de aproximadamente 49.033,25Pa (0,5 kgf/cm2)hasta aproximadamente 980.665Pa (10kgf/cm2).
El recipiente para la mezcla de reacción durante la fase de síntesis no está particularmente limitado siempre que esté hecho de un material que sea capaz de aguantar la temperatura de reacción. En una realización específica, los recipientes de carbono se utilizan para evitar la contaminación del polvo por las reacciones locales inducidas por el calor de la reacción, tal como se puede observar en los recipientes de vidrio o de cerámica.
La mezcla de reacción se puede moldear por compresión tras la fase de mezclado, pero antes de entrar en la fase de síntesis, de ser necesario. El moldeo por compresión de la mezcla de reacción aumenta la eficacia de la reacción al expandir el área de contacto de las partículas.
Después de la fase de síntesis, se realiza la fase de lavado en la que la mezcla de reacción se lava con agua para eliminar el óxido de calcio (CaO) del carbonitruro de titanio presente en los productos de reacción. El óxido de calcio se forma a modo de un subproducto de la reacción en la presente invención. Puesto que el óxido de calcio se disuelve rápidamente en agua, una simple fase de lavado es capaz de eliminarlo. Por consiguiente, la presente invención es capaz de proporcionar un carbonitruro de titanio de alta pureza con facilidad gracias a poder eliminar el subproducto de forma fácil y sencilla, tal como se ha explicado anteriormente.
El método inventivo también puede componerse de la fase de tratamiento con ácido para el carbonitruro de titanio lavado con agua. Las cantidades pequeñas de impurezas que se hayan presentes tras el lavado con agua se pueden eliminar con ácidos, tales como el ácido sulfúrico, el ácido nítrico, el ácido clorhídrico y el ácido acético, con el fin de proporcionar un producto de carbonitruro de titanio de alta pureza.
En una realización de la presente invención, el carbonitruro de titanio elaborado tiene una composición de aproximadamente TiC0,3N0,7hasta aproximadamente TiC0,7N0,3 (dentro de este rango, la suma de los coeficientes para C y para N es uno). En una realización más específica de la presente invención, está disponible el polvo de carbonitruro de titanio que tiene una composición de TiC0,3N07, TiC0,5N0,5 y/o TiC0,7N0,3.
El tamaño de partícula del polvo de carbonitruro de titanio elaborado de conformidad con la presente invención, tal como se ha descrito anteriormente, oscila entre aproximadamente 10 nm y aproximadamente 1 pm, más específicamente entre aproximadamente 10 nm y aproximadamente 600 nm, y aún más específicamente entre aproximadamente 100 nm y aproximadamente 500 nm.
Ciertas realizaciones de la invención se ilustran en los ejemplos no limitativos que se describen a continuación.
Ejemplo 1
Se proporcionaron 1 mol de TiO2deanatasa en polvo (tamaño de partícula de 0,1 pm), 3 moles de calcio en polvo (tamaño de partícula de 2 mm) y 0,5 moles de carbono en polvo (negro de carbón, tamaño de partícula 10 pm), y cada material tenía una pureza de al menos un 99%. Todos los materiales se mezclaron en seco durante 3 horas bajo una atmósfera llena de nitrógeno para evitar la oxidación del calcio durante el mezclado.
Tras haberse completadoel mezclado, la mezcla de reacción se moldeó por compresión con una prensa bajo una presión de al menos 1000kgf/mm2, y la mezcla moldeada se metió en un horno eléctrico a través de un crisol de carbono. Antes de calentar esta mezcla en el horno eléctrico, se aplicó el vacío y se permitió que entraraun flujo de gas de nitrógeno, donde la presión de nitrógeno se mantuvo a 1,5 kgf/cm2 durante todo el experimento. La velocidad de calentamiento del horno eléctrico era de 5°C/min con la temperatura máxima establecida en 880°C.
Se permitió que la mezcla de reacción reaccionara durante una hora a la temperatura máxima y cuando la reacción finalizó los productos de reacción se lavaron cinco veces con agua destilada. La mezcla lavada se sometió a la fase de eliminación de impurezas final con ácido clorhídrico diluido (6 N, 1,5 L) con el fin de eliminar las últimas trazas de humedad. El producto en polvo que se obtuvo de esta manera resultó sercarbonitruro de titanio puro,tal como determinaron los análisis de difracciónde rayos X (DRX) y de microscopía electrónica de barrido de emisión de campo (FESEM), y tenía una composición de TiC0,7N0,3 con un tamaño de partícula de 500 nm o menos.
Ejemplo 2
Se proporcionaron 1 mol de TiO2 de rutilo en polvo (tamaño de partícula de 0,2 |j,m), 3 moles de calcio en polvo (tamaño de partícula de 2 mm) y 0,65 moles de carbono en polvo (negro de carbón, tamaño de partícula de 10 jam).
Se repitió el mismo procedimiento realizado en el ejemplo 1 excepto por el hecho de que en este caso, para elaborar el carbonitruro de titano en polvo, la presión de nitrógeno se mantuvo a 2,0 kgf/cm2. El polvo que se obtuvo resultó ser carbonitruro de titanio puro,tal como determinaron los análisis de DRX y de FESEM, y tenía una composición de TiC0,7N0,3 con un tamaño de partícula de 600 nm o menos.
A modo de referencia, el difractograma de rayos X y las fotografías de la FESEM del polvo elaborado, el cualno se sometió al lavado con agua y que está mezclado con óxido de calcio a partir de los Ejemplos 1 y 2, se presentan en las figuras 1, 2a (Ejemplo 1) y 2b (Ejemplo 2), respectivamente.
Las figuras 3 y 4 representan respectivamente el difractograma de rayos X y las fotografías de la FESEM del polvo de carbonitruro de titanio lavado con agua y elaborado de conformidad con el Ejemplo 1. Los resultados muestran la alta pureza (figura 3) y la forma esferoidizada uniforme (figura 4) del carbonitruro de titanio elaborado de conformidad con el método inventivo.

Claims (5)

REIVINDICACIONES
1. Un método de producción de polvo de carbonitruro de titanio, donde el método se compone de las siguientes fases: una fase de mezclado con el fin de poner en contacto por cada mol de dióxido de titanio (TiO2), más de 2 moles hasta 6 moles o menos de calcio (Ca) y de 0,2 moles hasta 2,5 moles de carbono (C) bajo una atmósfera inerte, donde el carbono es carbón activado o negro de carbón; una fase de síntesis con el fin de que reaccione la mezcla que se obtiene de la fase de mezclado al calentar bajo una atmósfera de nitrógeno a una presión de 49.033,25Pa (0,5kgf/cm2) hasta 980.665Pa (10kgf/cm2) a una temperatura de 600 - 1500 °C; y una fase de lavado con el fin de eliminar el óxido de calcio (CaO) al lavar la mezcla con agua una vez que se haya completado la fase de síntesis.
2. El método según la reivindicación 1, donde la fase de mezclado se realiza a modo de una mezcla en seco.
3. El método según la reivindicación 1, donde la fase de síntesis se realiza a una temperatura igual o superior al punto de fusión del calcio.
4. El método según la reivindicación 1, donde la fase de síntesis se realiza en un recipiente de carbono.
5. El método según la reivindicación 1, donde el método, además, se compone de una fase de moldeo entre la fase de mezclado y la fase de síntesis donde la mezcla que se obtiene de la fase de mezclado se moldea por compresión.
ES15832342T 2014-08-13 2015-04-02 Método de producción de polvo de carbonitruro de titanio Active ES2767408T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140104899A KR101691410B1 (ko) 2014-08-13 2014-08-13 탄질화티타늄 분말의 제조 방법
PCT/KR2015/003319 WO2016024689A1 (ko) 2014-08-13 2015-04-02 탄질화티타늄 분말의 제조 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2767408T3 true ES2767408T3 (es) 2020-06-17

Family

ID=55304298

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES15832342T Active ES2767408T3 (es) 2014-08-13 2015-04-02 Método de producción de polvo de carbonitruro de titanio

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9981856B2 (es)
EP (1) EP3181274B1 (es)
KR (1) KR101691410B1 (es)
ES (1) ES2767408T3 (es)
WO (1) WO2016024689A1 (es)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102061677B1 (ko) 2018-08-23 2020-02-11 주식회사 나노테크 텅스텐과 티타늄 복합 탄화물 분말의 제조 방법
WO2020170223A1 (en) * 2019-02-22 2020-08-27 University Of Johannesburg Titanium carbonitride
CN110468320B (zh) * 2019-08-06 2021-08-10 广东工业大学 一种高硬度和高韧性的金属陶瓷及其制备方法和应用
KR102103217B1 (ko) 2019-09-30 2020-05-08 (주)웰크론 체열반사 부직포원단 제조장치 및 방법 및 이를 이용한 침구제품
CN115385697B (zh) * 2022-08-24 2023-06-23 湖南昊坤硬质新材料有限公司 一种高氮的氮碳化钛的生产工艺
CN115818646A (zh) * 2022-12-14 2023-03-21 昆明理工大学 一种碳化钛粉的制备方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE8900918L (sv) * 1988-03-22 1989-09-23 Inst Struturnoi Makrokinetikia Foerfarande foer framstaellning av pulverformiga svaarsmaelta oorganiska foereningar och metallkompositioner
US5417952A (en) * 1994-05-27 1995-05-23 Midwest Research Institute Process for synthesizing titanium carbide, titanium nitride and titanium carbonitride
JP4541544B2 (ja) * 1998-03-16 2010-09-08 エスウペ ビャンベニュ−ラコステ 耐熱性金属の粉末状複合セラミックの合成方法
CN1830807A (zh) * 2006-04-06 2006-09-13 武汉科技大学 一种低温熔盐碳热还原合成碳氮化钛粉末的方法
DE102008064648A1 (de) * 2008-01-23 2010-05-20 Tradium Gmbh Reaktionsgefäß zur Herstellung von Metallpulvern
JP2013199402A (ja) * 2012-03-23 2013-10-03 Kyoto Univ シリコンの製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20170267541A1 (en) 2017-09-21
KR20160020594A (ko) 2016-02-24
EP3181274B1 (en) 2019-12-18
KR101691410B1 (ko) 2017-01-02
EP3181274A1 (en) 2017-06-21
US9981856B2 (en) 2018-05-29
EP3181274A4 (en) 2018-04-18
WO2016024689A1 (ko) 2016-02-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2767408T3 (es) Método de producción de polvo de carbonitruro de titanio
Zhang et al. Preparation of (La0. 2Nd0. 2Sm0. 2Gd0. 2Yb0. 2) 2Zr2O7 high-entropy transparent ceramic using combustion synthesized nanopowder
Portehault et al. A general solution route toward metal boride nanocrystals
CN106470939B (zh) 氮化硅粉末、氮化硅烧结体和电路基板、以及氮化硅粉末的制造方法
TW201205936A (en) Positive electrode active material for lithium ion battery, positive electrode for lithium ion battery, and lithium ion battery
CN112938976B (zh) A位含硒元素的max相层状材料、其制备方法及应用
JPWO2020044897A1 (ja) ガーネット型複合金属酸化物粒子とその製造方法、及びガーネット型複合金属酸化物の圧縮成形物
Aghababazadeh et al. Synthesis and characterization of nanocrystalline titanium nitride powder from rutile and anatase as precursors
TW201829299A (zh) 高純度氮化矽粉末之製造方法
Liu et al. Fabrication of KSr2Nb5O15 particles with high aspect ratio by two-step molten salt synthesis
KR101906679B1 (ko) 기-액상 계면 반응을 이용한 질화 붕소 구조체의 제조 방법
Wan et al. Synthesis and characterization of W–Cu nanopowders by a wet-chemical method
Yang et al. Reduction‐Nitridation Synthesis of Titanium Nitride Nanocrystals
KR101494340B1 (ko) 타이타늄 카바이드 분말의 제조방법
Li et al. Rapid synthesis of dielectric tantalum-based oxynitrides
Serivalsatit et al. Synthesis of Er-doped Lu2O3 nanoparticles and transparent ceramics
US11713251B2 (en) Method for preparing powdered composite carbide of tungsten and titanium
Özen et al. Molten-salt synthesis of tetragonal micron-sized barium titanate from a peroxo-hydroxide precursor
JP5313858B2 (ja) ＭｎＳｉｘ粉末及びその製造方法、並びに、ＭｎＳｉｘ粉末製造用ＣａＳｉｙ粉末及びその製造方法
Xie et al. Thermal stability of hexagonal OsB2
JP2005047739A (ja) 金属熱還元法によるＴｉＣ系ナノ複合粉末及びその合成方法
Chao et al. NaNbO3 nanoparticles: rapid mechanochemical synthesis and high densification behavior
Bernardo et al. Metastable nature of donor-doped BiFeO3 obtained by mechanochemical synthesis
Bao Low temperature synthesis of boron-based materials in molten salts
Pan et al. Low-temperature synthesis of nanosized metal borides through reaction of lithium borohydride with metal hydroxides or oxides