一種微波合成納米級碳化鈦的方法
2023-10-30 12:31:42
專利名稱：一種微波合成納米級碳化鈦的方法
技術領域：
本發明涉及無機材料技術領域，具體是指一種微波合成納米級碳化鈦的方法。
背景技術：
目前，一般合成碳化鈦(TiC)的方法可以分成三類(1)用金屬鈦或滷化鈦直接碳化合成TiC；(2)用氣體滷化鈦(如TiCl4)在含碳的氣氛中熱解合成TiC；(3)在所控制的氣氛中，高溫下用碳碳熱還原TiO2合成TiC。合成TiC較為廉價的方法是採用TiO2與炭黑在1700～2100℃反應製得。反應式為但該方法有一定的局限性。因為反應的進行程度受TiO2顆粒大小及相互接觸程度的影響，合成的產品中會含有未反應完全的TiO2和炭黑。要改善TiO2和C的接觸面，使炭黑很好地分散在TiO2顆粒表面，方法之一就是在400～600℃分解C3H6氣體，使其分解後得到的C粉均勻分布於TiO2顆粒表面，然後在惰性氣體中碳熱還原TiO2合成TiC。這種工藝過程能夠製備出高質量的TiC。其特點是C粉能十分均勻地塗附在TiO2顆粒上；C粉與TiO2顆粒的接觸面積大；合成的TiC顆粒細(＜0.1um)。
用金屬Ti粉與C粉合成TiC，多採用自蔓延高溫合成法(SHS)，用SHS法合成TiC，其純度會受反應物中所含氣體的影響，如水氣，氫氣，二氧化碳及碳氫化合物等。因此反應進行前，將反應物在適當的溫度下真空焙燒處理。此外，還可以採用化學共沉澱原位合成法，這種方法反應前驅物為液態(如硫酸鈦或鈦酸丁脂)，按反應比例與蔗糖混合配成一定的緩衝溶液，然後在一定的溫度下，濃縮脫水碳化，然後在保護氣氛下升溫至1750℃，碳化反應合成TiC。目前，還有人探索用反應球磨技術製備TiC。
綜觀這些製備TiC的現有技術，均存在一些不足之處反應溫度高，均在1400℃以上；製備工藝複雜，工藝過程較難控制；SHS法製備的TiC為塊狀物，還需球磨加工，加工後只能達到微米級，還可能在加工過程中摻入各種雜質。
發明內容本發明就是為了克服現有技術中存在的缺陷，提供一種工藝過程簡單、易控制、無須再加工、無雜質、能夠在較低的溫度下(1200℃)快速合成的微波合成納米級碳化鈦的方法。
一種微波合成納米級碳化鈦的方法，其特徵是，它包括如下步驟和工藝條件第一步 將納米級二氧化鈦和乙炔炭黑烘乾至恆重，按照二氧化鈦∶乙炔炭黑＝80∶36的質量比稱料；第二步 按照料∶鋯球子∶無水乙醇＝1∶1～5∶3～6的質量比進行球磨混合12～24小時，至均勻；第三步 將料漿烘乾至恆重；第四步 微波加熱至1200～1400℃後，恆溫10～30分鐘即可。
在微波加熱時可以通入氬氣做保護氣體。
本發明主要是利用了碳熱還原法原理，其反應式為
本發明與現有技術相比，具有如下優點和有益效果1.本發明在反應中有氣體CO產生，故CO的壓力會對該反應式的反應起始溫度產生影響，根據參考文獻，當PCO＝0.1atm時，上述反應的起始溫度為1200℃。由於用微波加熱合成TiC，故反應很快達到1200～1400℃，且能在該溫度範圍快速合成TiC，合成率達97％以上。產物TiC的晶粒大小為45.63～87.57nm。
2.本發明工藝過程簡單，易控制，所得TiC粉體不易團聚，無須再加工，無雜質。
具體實施方式
實施例一第一步將二氧化鈦(15nm，金紅石型，含量＞91％)和乙炔炭黑(比表面積58.866m2/g)在烘箱中105℃烘乾至恆重，稱取二氧化鈦87.7克、乙炔炭黑36克；
第二步取氧化鋯球子450克，95％乙醇500ml，加料，在氧化鋁球磨罐(或橡膠罐)中進行球磨混合12小時，至均勻；第三步將料漿在100℃下烘乾至恆重；第四步 將混合料稱75克裝入MFM-863型微波燒結爐，然後抽真空20分鐘，通入氬氣作保護氣體，壓力為1atm，微波加熱至1200℃，恆溫30分鐘即可。
實施例二第一步 將二氧化鈦(15nm，金紅石型，含量＞91％)和乙炔炭黑(比表面積58.866m2/g)在烘箱中80℃烘乾至恆重，稱取二氧化鈦87.7克、乙炔炭黑36克；第二步 取氧化鋯球子125克，95％乙醇300ml，加料，在氧化鋁球磨罐(或橡膠罐)中進行球磨混合24小時，至均勻；第三步 將料漿在80℃下烘乾至恆重；第四步 將混合料稱75克裝入MFM-863型微波燒結爐，然後抽真空20分鐘，通入氬氣作保護氣體，壓力為1atm，微波加熱至1300℃，恆溫20分鐘即可。
實施例三第一步 將二氧化鈦(15nm，金紅石型，含量＞91％)和乙炔炭黑(比表面積58.866m2/g)在烘箱中90℃烘乾至恆重，稱取二氧化鈦87.7克、乙炔炭黑36克；第二步 取氧化鋯球子620克，95％乙醇600ml，加料，在氧化鋁球磨罐(或橡膠罐)中進行球磨混合18小時，至均勻；第三步 將料漿在90℃下烘乾至恆重；第四步 將混合料稱75克裝入MFM-863型微波燒結爐，然後抽真空20分鐘，通入氬氣作保護氣體，壓力為1atm，微波加熱至1400℃，恆溫10分鐘即可。
上述三個實施例，冷卻至室溫後出料並稱量，以計算合成率，然後取一定量的TiC用X射線衍射法進行物相分析，用透射電鏡進行粒度分析)。分析結果見下表
權利要求
1.一種微波合成納米級碳化鈦的方法，其特徵是，它包括如下步驟和工藝條件第一步將納米級二氧化鈦和乙炔炭黑烘乾至恆重，按照二氧化鈦∶乙炔炭黑＝80∶36的質量比稱料；第二步按照料∶鋯球子∶無水乙醇＝1∶1～5∶3～6的質量比進行球磨混合12～24小時，至均勻；第三步將料漿烘乾至恆重；第四步微波加熱至1200～1400℃後，恆溫10～30分鐘即可。
2.根據權利要求1所述的一種微波合成納米級碳化鈦的方法，其特徵是，在微波加熱時可以通入氬氣做保護氣體。
全文摘要
本發明是一種微波合成納米級碳化鈦的方法,它是將二氧化鈦和乙炔碳黑烘乾後,按照料∶鋯球子∶無水乙醇=1∶1～5∶3～6的質量比球磨混合均勻,烘乾,微波加熱合成。本發明主要是利用了碳熱還原法原理,採用微波加熱合成,反應溫度低,工藝過程簡單,易控制,所得TiC粉體不易團聚,無須再加工,無雜質。
文檔編號B01J19/12GK1348919SQ0112999
公開日2002年5月15日 申請日期2001年11月29日 優先權日2001年11月29日
發明者胡曉力, 劉陽, 張偉南, 陳楷, 尹虹, 曾令可, 陳志雄, 趙宗亮 申請人:華南理工大學