真空碳熱還原製備碳化鈦粉的方法
2023-05-23 11:17:51 1
專利名稱：真空碳熱還原製備碳化鈦粉的方法
技術領域：
本發明涉及一種真空碳熱還原製備碳化鈦粉的方法，屬於真空冶金技術領域，
二背景技術：
碳化鈦含碳20. 05%，為灰色粉末，具有NaCl型立方晶繫結構.密度為4. 93克/ 釐米3熔點316(TC，沸點430(TC ;具有高熔點、高強度、高硬度和高彈性模量，良好的抗熱 震性和化學穩定性，高溫抗氧化性能僅低於碳化矽，是硬質合金的重要原料，因此在結構材 料中作為硬質相而被廣泛用於製作耐磨材料、切削刀具材料、模具製造、機械零件等，還可 製作熔煉錫、鉛、鎘、鋅等金屬的坩堝，透明碳化鈦陶瓷是優良的光學材料；碳化鈦優良的耐 熱衝擊性能，使它適合於在中性或還原性氣氛中用作特殊的耐火材料；TiC基金屬陶瓷，是 一種由金屬或合金與TiC陶瓷相所組成的非均質的複合材料，它既保持有陶瓷的高強度、 高硬度、耐磨損、耐高溫、抗氧化和化學穩定性等特性，又有較好的金屬韌性，因此用碳化鈦 來製備的復相材料在機械加工、冶金礦產、航天領域、聚變堆等領域有著廣泛的應用。
國內外合成碳化鈦粉末的方法主要有(l)Ti02的碳熱還原法；(2)鈦與碳的高溫 碳化法；(3)鈦與碳的自蔓延燃燒合成法(SHS法)。工業用碳化鈦粉體最初是碳黑還原1102 合成的，反應溫度為1700°C 2100°C，時間為10 24h，氣體保護氣氛下在管式爐或電弧爐 中進行，由於物料混合不均勻，碳源在1102中分布受限制，反應時物料受擴散梯度影響，反 應後有未反應的Ti02和碳，常常使合成粉末不夠純。直接反應法反應需5 20h，且在放熱 反應過程中難控制溫度，反應物易團聚，必須研磨加工才能製備出微米級TiC粉末。而自蔓 延燃燒合成法雖然能在短時間內燃燒合成TiC，但瞬間放出的熱量會使產物顆粒團聚和晶 粒長大，難得到細的粉末。 文 獻 [Koc R， Folmer J. S. Carbothermal synthesis of titanium carbide usingultrafine titania powders[J]. Journal of Materials science,1997， 32 (12): 1301-1311]報導了一種超細碳化鈦粉末製備的新方法，利用碳熱還原反應原理，首先將丙 烯氣體C3H6裂解，裂解後的碳均勻地沉積在納米級Ti02的表面，使得Ti02與碳接觸面積 增大，因此物料反應的動力學障礙減小，反應溫度低，反應更充分，在155(TC碳熱還原反 應4小時後得到了亞微米級碳化鈦。文獻[Young-Chul Woo， Ho-Jae Kang， Deug J. Kim-Formation of TiC particle during carbothermalreduction of Ti02 [J]. Journal of European Ceramic Society. 2007， 27 :719-722]報導了碳熱還原Ti02製備碳化鈦粉末的 方法，該法主要以Ti02和樹脂碳為原料，加入溶劑甲醇後在球磨機上球磨混合2h，球磨後烘 幹，然後放入石墨加熱爐內在氬氣保護環境下加熱至150(TC發生碳熱還原反應製備得到碳 化鈦粉末，保溫時間為0-45分鐘。我國專利CN1511804A中公開了一種利用石油焦和Ti02 化學反應製備TiC陶瓷粉體的方法，主要以Ti02粉、少量Ti粉和石油焦為原料，在行星球磨 機上球磨5小時後在l-3Mpa壓力下壓塊製成坯體，然後在800 IIO(TC下，惰性氣氛中用 鎢絲電點火點燃坯體，製備得到TiC陶瓷粉體。專利CN1348919A中公開了一種微波合成納
米級碳化鈦的方法，將二氧化鈦和乙炔碳黑烘乾後，按照料鋯球子無水乙醇=i : i
35:3 6的質量比球磨混合均勻，烘乾，利用微波加熱使原料發生碳熱還原反應製備得到 納米碳化鈦。本發明利用真空條件下，能降低反應溫度、減少雜質汙染的特點，開發了真空 碳熱還原製備碳化鈦粉末的新方法。
三
發明內容
本發明的目的在於提供一種真空碳熱還原製備碳化鈦粉的方法，採用真空冶金的 方法，以Ti02和碳為原料，在真空爐內完成碳熱還原反應並製得超細碳化鈦粉。其採用以 下步驟完成 1、將100-200目的鈦白粉和碳粉按質量比20 : 9 21稱料混勻；所述碳粉為木 炭、活性炭、石油焦、煤炭和碳黑中的一種； 2、加入球磨機中球磨6 24小時，球磨機轉速為100 400rpm ;
3將球磨後的料在壓片機製成①2cmX 1-4cm的塊料； 4、將塊料放入真空爐，以l(TC /min 15°C /min的升溫速率加熱至1300 160(TC，保溫2 10小時，使物料發生真空碳熱還原反應，期間真空爐壓力保持10Pa 100Pa ; 5、將真空碳熱還原反應後的產物磨碎，製備出所要求粒度的碳化鈦粉末。
本發明具有如下優點 1.原料鈦白粉和碳通過球磨機球磨可均勻混合，經壓塊後的圓柱料充分反應生 成碳化鈦，不會同時存在未反應的鈦白粉和碳，且壓塊後的物料在真空爐中不存在噴料問 題；2.本發明的反應溫度在130(TC 160(TC，保溫時間為2 10小時，與工業用碳化 鈦粉體的製備方法(碳黑還原Ti02，反應溫度為1700°C 2100°C，時間為10 24h)相比， 省時省電，節約能源。且在真空條件下不需要任何保護氣體，產物不易被氧化；
3.製備得到的碳化鈦塊體疏鬆，研磨後得到< 1 P m的亞微米級粉末。
四具體實施例方式
實施例1 :將100-200目的鈦白粉和活性炭按質量比20 : 9稱料混勻，鈦白粉中 含Ti02為> 98. 5wt^，加入行星式球磨機上球磨8小時，球磨機轉速為400rpm，將球磨後 的料在壓片機製成①2cmX 1. 5-2. 5cm的塊料，將塊料放入真空爐，以15°C /min的升溫速率 加熱至150(TC，保溫5小時，使物料發生真空碳熱還原反應，期間真空爐壓力保持lOPa 100Pa，將真空碳熱還原反應後的物料破碎，製備出粒度〈1 ii m的碳化鈦粉末。
實施例2 :將100-200目的鈦白粉和碳黑按質量比20 : 12稱料混勻，鈦白粉中 含Ti02為99wt^，加入行星式球磨機中球磨20小時，球磨機轉速為200rpm，將球磨後的 料在壓片機製成①2X2-3cm的塊料，將塊料放入真空爐，以12°C /min的升溫速率加熱至 1300°C ，保溫8小時，使物料發生真空碳熱還原反應，期間真空爐壓力保持50Pa 100Pa，將 真空碳熱還原反應後的物料破碎，製備出粒度< 1 P m的碳化鈦粉末。
權利要求
一種真空碳熱還原製備碳化鈦粉的方法，其特徵在於其採用以下步驟完成，1)、將100-200目的鈦白粉和碳粉按質量比為20∶9～21稱料混勻；2)、加入球磨機中球磨6～24小時，球磨機轉速為100～400rpm；3)、將球磨後的料在壓片機製成Φ2cm×1-4cm的塊料；4)、將塊料放入真空爐，以10℃/min～15℃/min的升溫速率加熱至1300～1600℃，保溫2～10小時，使物料發生真空碳熱還原反應，期間真空爐壓力保持10Pa～100Pa；5)、將真空碳熱還原反應後的產物磨碎，製備出所要求粒度的碳化鈦粉末。
2. 根據權利要求1所述的真空碳熱還原製備碳化鈦粉的方法，其特徵在於所述碳粉為木炭、活性炭、石油焦、煤炭和碳黑中的一種。
3. 根據權利要求1或2所述的真空碳熱還原製備碳化鈦粉的方法，其特徵在於所述鈦白粉中含Ti02為> 98. 5wt%。
全文摘要
本發明涉及一種真空碳熱還原製備碳化鈦粉的方法，採用真空冶金的方法，以TiO2和碳為原料，鈦白粉和碳粉的質量比為20∶9～21，經破碎，壓塊後進入真空爐內，以10℃/min～15℃/min的升溫速率加熱至1300～1600℃，保溫2～10小時，爐內壓力為10Pa～100Pa，使物料發生真空碳熱還原反應，製得超細碳化鈦粉。
文檔編號C01B31/00GK101734660SQ200910218390
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月18日 優先權日2009年12月18日
發明者劉大春, 宋健勳, 徐寶強, 戴永年, 曲濤, 李一夫, 楊斌, 森維, 熊恆, 王飛, 秦博, 蔣文龍, 鄧勇, 鬱青春 申請人:昆明理工大學