微波法還原合成納米碳化釩/鉻複合粉末的製備方法

2023-06-11 02:22:01

專利名稱：微波法還原合成納米碳化釩/鉻複合粉末的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種微波法還原合成納米碳化釩/鉻複合粉末的製備方法，屬於納米陶瓷粉體製備領域。
背景技術：
過渡族金屬碳化物碳化釩(鉻)具有較高的熔點、硬度和高溫強度，以及良好的電 導率和熱導率。其在冶金、電子、催化劑和高溫塗層材料等方面具有廣泛的應用。其中，碳化釩(鉻)作為晶粒抑制劑在硬質合金、金屬陶瓷領域具有重要作用。工業應用中需要的是粒度細、相組成單一的碳化釩(鉻)粉末，例如在製備超細硬質合金時，WC粉的粒徑要小於200nm，燒結時要採用高壓低溫的HIP燒結技術，另外還要加入碳化釩(鉻)晶粒長大抑制劑。如果採用粉末粒度為2飛u m碳化釩(鉻)作為晶粒長大抑制劑，則會由於顆粒粗大的碳化釩(鉻)粉末比表面小、表面活化能低、原子遷移速度慢，而難以抑制WC的晶粒長大，從而導致超細硬質合金的性能難以得到進一步提高。因此，高性能超細硬質合金等領域迫切需要納米碳化鑰;(鉻)粉末。但是，製備碳化釩(鉻)粉末通常採用微米級碳黑與微米級釩(鉻)的氧化物混合高溫還原碳化法。該方法反應溫度較高(>1200°C)，反應時間較長(>2h)，生產成本較高。另夕卜，反應產物粒度較粗，一般都在2飛u m之間，且粉末中游離碳含量高，不能滿足碳化釩(鉻)粉末在現代工業中的應用。另外，碳化釩(熔點2810°C)具有較高的硬度和耐磨性，碳化鉻(熔點1890°C)具有良好的韌性和抗氧化性。將這兩種材料複合、納米化後，不僅具有耐高溫、高硬度和高耐磨，而且具有高強度和高抗氧化性。不僅可以應用於刀具行業，有效抑制硬質相晶粒長大，提高刀具的強度、硬度和抗氧化性。而且可以作為碳源合成金剛石，有望降低金剛石合成條件，提高金剛石質量等級。另外，在催化、電子和航空航天等領域也具有潛在應用價值。因此，為了更好地滿足碳化釩(鉻)粉末在冶金、電子、催化劑和高溫塗層材料等領域的應用，有必要探索一種低成本、工藝簡單的納米碳化釩/鉻複合粉末的製備方法。

發明內容
本發明的目的正是為了更好滿足碳化釩/鉻複合粉末在冶金、電子、催化劑和高溫塗層材料等領域的應用而提供一種成本低、工藝簡單的微波法還原合成納米碳化釩/鉻複合粉末的製備方法。本發明的目的可通過下述技術措施來實現
本發明的微波法還原合成納米碳化釩/鉻複合粉末的製備方法採用下述步驟來實現
a、按重量比取納米氧化f凡5.60 g 7. 35 g、納米氧化鉻5. 40 7. 10 g、碳質還原劑5. 40g飛.20 g，將它們置於球磨機中，以無水乙醇或丙酮作為球磨介質，充分混合後，製得混合料；
b、將步驟a所得混合料置於乾燥箱中，在10(T200°C條件下乾燥f3h，將乾燥後的混合料壓製成塊體，備用；
C、將步驟b所得塊體置於微波燒結爐中，在真空、氬氣或氫氣氣氛保護條件下，在70(Tl000°C、5 30min的條件下進行碳化還原,製得平均粒徑〈lOOnm、粒度分布均勻的納米
碳化釩/鉻複合粉末。本發明中所述納米氧化釩為納米五氧化二釩、納米四氧化二釩、納米二氧化釩或納米三氧化二釩中的任意一種；所述納米氧化鉻為納米三氧化鉻、納米二氧化鉻或納米三氧化二鉻中的任意一種；所述碳質還原劑為納米碳黑或納米活性炭中的任意一種。本發明相比現有製備碳化釩(鉻)粉末的方法，具有如下有益效果
(I)工藝簡單。原料經球磨、乾燥後，即可進行碳化還原，而且經一次碳化過程即可完 成，簡化了生產工藝，操作方便，適合工業化生產。(2)創新性明顯。採用納米材料為原料，結合微波合成方式，充分優化了實驗原料和製備方法，降低了反應活化能，具有較高的創新性和參考價值。(3)反應溫度低，反應時間短，節約能源。由於原料為納米級粉末，其具有較高的比表面積，顆粒之間的接觸面積較大，界面原子數較多，界面區域原子擴散係數較高，使得納米材料具有較高的化學活性，可以加速碳熱反應的進行。另外，綜合微波加熱的高能效、低溫度和無汙染等特點。因而大幅度降低了反應溫度，縮短了反應時間，可以在70(nooo°c、5 30min的條件下合成納米複合碳化物,相對傳統合成，反應溫度降低了 20(T600°C,反應時間縮短了 2 4h，有效節約了能源。(4)成分單一，粒度均勻、細小反應生成的碳化釩/鉻複合粉末粒度〈lOOnm，粒徑分布範圍較窄，且雜質含量少；可以更好滿足碳化釩/鉻複合粉末在冶金、電子、催化劑和高溫塗層材料等領域的應用。
具體實施例方式本發明以下將結合實施例作進一步描述
實施例I :
按重量比取納米三氧化二釩7. 35 g、納米二氧化鉻7. 00 g和納米碳黑5. 60 g，將它們置於球磨機中，以丙酮作為球磨介質，充分混合後，製得混合料。然後將混合料置於乾燥箱中，在200°C條件下乾燥lh，將乾燥後的混合料壓製成塊體。最後將塊體置於微波燒結爐中，在氬氣或氫氣氣氛保護條件下，於1000°C、5min的條件下進行碳化還原，製得平均粒徑〈lOOnm、粒度分布均勻的納米碳化f凡/鉻複合粉末。該合成條件與傳統製備方法相比，反應溫度降低了 20(T300°C，反應時間縮短了 2 4h。並且產物具有尺寸細小、分散均勻等特點。實施例2
按重量比取納米五氧化二f凡5. 85 g、納米三氧化二鉻7. 10 g和納米活性炭5. 80 g,將它們置於球磨機中，以無水乙醇作為球磨介質，充分混合後，製得混合料。然後將混合料置於乾燥箱中，在100°C條件下乾燥3h，將乾燥後的混合料壓製成塊體。最後將塊體置於微波燒結爐中，在真空條件下，於700°C、30min的條件下進行碳化還原，製得平均粒徑〈lOOnm、粒度分布均勻的納米碳化釩/鉻複合粉末。該合成條件與傳統製備方法相比，反應溫度降低了 50(T600°C，反應時間縮短了 2 4h。並且產物具有尺寸細小、分散均勻等特點。實施例3:按重量比取納米四氧化二釩6. 20 g、納米三氧化鉻5. 40 g和納米碳黑5. 40 g，將它們置於球磨機中，以無水乙醇作為球磨介質，充分混合後，製得混合料。然後將混合料置於乾燥箱中，在150°C條件下乾燥2h，將乾燥後的混合料壓製成塊體。最後將塊體置於微波燒結爐中，在真空條件下，於900°C、IOmin的條件下進行碳化還原，製得平均粒徑〈lOOnm、粒度分布均勻的納米碳化釩/鉻複合粉末。該合成條件與傳統製備方法相比，反應溫度降低了30(T400°C，反應時間縮短了 2 4h。並且產物具有尺寸細小、分散均勻等特點。 實施例4:
按重量比取納米二氧化釩5. 60 g、納米三氧化二鉻6. 80 g和納米活性炭6. 20 g，將它們置於球磨機中，以丙酮作為球磨介質，充分混合後，製得混合料。然後將混合料置於乾燥箱中，在120°C條件下乾燥2. 5h，將乾燥後的混合料壓製成塊體。最後將塊體置於微波燒結 爐中，在真空條件下，於800°C、20min的條件下進行碳化還原，製得平均粒徑〈lOOnm、粒度分布均勻的納米碳化釩/鉻複合粉末。該合成條件與傳統製備方法相比，反應溫度降低了40(T500°C，反應時間縮短了 2 4h。並且產物具有尺寸細小、分散均勻等特點。
權利要求
1.一種微波法還原合成納米碳化釩/鉻複合粉末的製備方法，其特徵在於所述方法採用下述步驟來實現 a、按重量比取納米氧化f凡5.60 g 7. 35 g、納米氧化鉻5. 40 7· 10 g、碳質還原劑5. 40g飛.20 g，將它們置於球磨機中，以無水こ醇或丙酮作為球磨介質，充分混合後，製得混合料； b、將步驟a所得混合料置於乾燥箱中，在10(T20(TC條件下乾燥f3h，將乾燥後的混合料壓製成塊體，備用； C、將步驟b所得塊體置於微波燒結爐中，在真空、氬氣或氫氣氣氛保護條件下，在.70(Tl000°C、5 30min的條件下進行碳化還原，製得平均粒徑〈lOOnm、粒度分布均勻的納米碳化釩/鉻複合粉末。
2.根據權利要求I所述的製備方法，其特徵在於所述納米氧化釩為納米五氧化ニ釩、納米四氧化ニ釩、納米ニ氧化釩或納米三氧化ニ釩中的任意ー種。
3.根據權利要求I所述的製備方法，其特徵在於所述納米氧化鉻為納米三氧化鉻、納米ニ氧化鉻或納米三氧化ニ鉻中的任意ー種。
4.根據權利要求I所述的製備方法，其特徵在於所述碳質還原劑為納米碳黑或納米活性炭中的任意ー種。
全文摘要
一種微波法還原合成納米碳化釩/鉻複合粉末的製備方法，其特徵包括以下步驟a、按重量比取納米氧化釩5.60g~7.35g、納米氧化鉻5.40~7.10g、碳質還原劑5.40g~6.20g，將它們置於球磨機中，以無水乙醇或丙酮作為球磨介質，充分混合後，製得混合料；b、將步驟a所得混合料置於乾燥箱中，在100~200℃條件下乾燥1~3h，將乾燥後的混合料壓製成塊體，備用；c、將步驟b所得塊體置於微波燒結爐中，在真空、氬氣或氫氣氣氛保護條件下，在700~1000℃、5~30min的條件下進行碳化還原，製得平均粒徑<100nm、粒度分布均勻的納米碳化釩/鉻複合粉末。
文檔編號C04B35/626GK102674844SQ20121018007
公開日2012年9月19日 申請日期2012年6月4日 優先權日2012年6月4日
發明者劉國勤, 宋偉強, 張書軍, 塗文斌, 紀小會, 趙志偉, 鄭紅娟 申請人:河南工業大學