一種氮化錳的微波合成方法
2023-10-19 12:54:22 4
專利名稱：一種氮化錳的微波合成方法
技術領域：
本發明涉及一種無機非金屬材料氮化錳的製備方法。
背景技術：
錳有脫氧、脫硫、合金化等作用，能消除或減弱因硫引起的熱脆性，從而改善鋼的熱加工性能。錳與鐵形成固熔體，可提高鋼鐵中鐵數體和氏體的硬度與強度。錳在碳化物中可取代一部分鐵原子。錳還可以在鑄鋼過程中降低臨界轉變溫度，細化珠光體晶粒並提高珠光體鋼的強度，擴大Fe-C平衡相圖中的γ相區。它促成鋼的形成和穩定奧氏體組織的能力僅次於鎳，它的參與可大大提高鋼的淬火性。而氮，常常能夠影響鋼的脆性，是一種廉價的合金化元素。高氮鋼中，由於引入了氮，氮即與其他元素交互作用，最終賦予該鋼種許多優異的性能，如高的強度、好的韌性、強的耐腐蝕性及大的蠕變抗力等。氮還可以代替鎳用於奧氏體中，以節省昂貴的鎳並改善材料的性能。
鑑於錳和氮的上述各種用途，所以在冶煉某些有色金屬或合金鋼時，加入這兩種元素。但氮的溶解度低、比重小，不宜單獨加入。而氮化錳則不僅易於加入，而且錳、氮的利用率高，恰恰能夠彌補上述不足。
隨著社會的發展，國內外氮化錳的市場需求越來越大。傳統的氮化錳的生產一般在真空電爐內進行，所用的原料為固態金屬錳，經過球磨、壓塊，在1273～1373K氮氣氣氛中氮化，氮含量在4～6％之間。傳統方法的不足之處主要在於氮化時間過長，而產品的氮含量又偏低。
發明內容
本發明要解決的技術問題是，針對現有技術存在的缺陷，提出一種新的氮化錳的合成方法，採用此方法，可以在較低的溫度、較短的時間內，在常壓下合成氮化錳。具有升溫速度快，合成溫度低，保溫時間短，氮含量高，節約能源，生產效率高的特點，適合大規模生產。
本發明的技術解決方案是，所述氮化錳的微波合成方法為以錳粉為原料在含氮氣氣氛下在微波反應裝置(間歇式工業微波爐或連續式工業微波爐)中進行微波合成。錳粉的粒度小於0.5mm。將錳粉置入微波合成反應腔體內，微波頻率取值範圍為300MHz～300GHz。壓力為常壓，合成溫度500～1200℃。氮氣或氮氣與氫氣的混合氣體進行微波合成，保溫0～50小時，所得合成物冷卻即為成品氮化錳。
本發明的工作原理是利用微波能轉化為分子的動能和熱能，以一種「體加熱的方式」整體均勻加熱至一定的溫度，通以氮氣加氫氣的混合氣體，保溫一定時間，實現合成。
本發明的有益效果是，微波合成是利用微波加熱對材料進行合成，它同傳統的加熱方式不同。傳統的加熱是依靠發熱體將熱能通過對流、傳導或輻射方式傳遞至被加熱物質而達到某一溫度，熱量從外向內傳遞，合成時間長，能耗高；而微波合成是利用微波具有的特殊波段與材料的的基本結構耦合而產生熱量，材料的介質損耗使其材料整體加熱的一種加熱方式，因而具有合成溫度低，合成時間短，能耗低等一系列優勢。故微波加熱的效率高，比傳統方法省電30～70％，大大降低了生產成本，而且工業微波爐結構簡單，自動化運行，易於維護。
具體實施例方式
實施例1，採用電解錳片作原料，常規方法製成粉末，經過篩，粒度-0.074mm，壓製成Φ50球，置於間歇式工業微波爐的微波合成反應腔體內進行微波合成，微波頻率為2.45GHz。通入高純氮氣作為保護氣體，壓力為常壓，合成溫度750℃，保溫2小時，所得合成物冷卻即為成品氮化錳。成品顏色呈灰色。經測定，製得氮化錳成品含氮7.75％，做XRD分析相結構Mn4N，Mn3N2。
實施例2，將粒度為-0.074mm的錳粉壓製成Φ50球置於連續式工業微波爐的微波合成反應腔體內進行微波合成，微波頻率為2.45GHz。通入氮氣與氫氣的混合氣體，壓力為常壓，合成溫度700℃，保溫2小時；微波合成所得合成物冷卻即為成品氮化錳，成品顏色呈灰色。經測定，製得氮化錳得含氮量6.92％，做XRD分析相結構Mn4N，Mn3N2。
權利要求
1.一種氮化錳的微波合成方法，其特徵是，以錳粉為原料在含氮氣氣氛下在微波反應裝置中進行微波合成。
2.根據權利要求1所述的氮化錳的微波合成方法，其特徵是，所述錳粉的粒度小於0.5mm。
3.根據權利要求1所述的氮化錳的微波合成方法，其特徵是，所述含氮氣氣氛為氮氣或氮氣與氫氣的混合氣體，壓力為常壓。
4.根據權利要求1所述的氮化錳的微波合成方法，其特徵是，所述微波反應裝置為間歇式工業微波爐或連續式工業微波爐。
5.根據權利要求1所述的氮化錳的微波合成方法，其特徵是，所述微波的頻率取值範圍為300MHz～300GHz。
6.根據權利要求1所述的氮化錳的微波合成方法，其特徵是，所述微波合成的溫度為500～1200℃，保溫時間為0～50小時。
全文摘要
本發明介紹了一種氮化錳的微波合成方法，該方法以錳為原料進行微波合成。將粒度小於0.5mm的錳粉置入微波合成反應腔體內，微波頻率為300MHz－300GHz，常壓，合成溫度500～1200℃，通入氮氣或氮氣與氫氣的混合氣體進行微波合成，保溫0～50小時，所得合成物冷卻即為成品氮化錳。本發明與傳統的通過對流、傳導或輻射加熱的方式不同，它是利用微波具有的特殊波段與材料的基本結構耦合產生熱量，材料的介質損耗使其材料整體加熱的方式加熱，具有合成溫度低，時間短，能耗低等優勢。
文檔編號C01B21/06GK1775663SQ20051003244
公開日2006年5月24日 申請日期2005年11月25日 優先權日2005年11月25日
發明者彭虎, 黃加伍, 李俊 申請人:長沙隆泰科技有限公司