專利名稱：一種碳化鈦微粉的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機(jī)和無機(jī)材料復(fù)合技術(shù)領(lǐng)i或，尤其涉及一種碳化鈦微粉的制備方法。
背景技術(shù)：
碳化鈦的熔點(diǎn)高、硬度高、化學(xué)穩(wěn)定性好，主要用來制造金屬陶瓷、耐熱合金和硬質(zhì)合金， 同時(shí)他們具有優(yōu)良的導(dǎo)電性，又是電極的,材料。用碳化鈦來制備的復(fù)相材料在機(jī)械加工、冶 金礦山、航天領(lǐng)域、聚變堆等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。合成TiC有多種方法，主要包括-
1、 碳熱還原法工業(yè)用TiC粉體最初是用碳黑還原Ti02來制備的；
2、 直接碳化法禾U用Ti粉和炭粉反應(yīng)生成TiC粉體，上述反應(yīng)需5 20小時(shí)才能完成，且 反應(yīng)過程^t控制，反應(yīng)物團(tuán)聚嚴(yán)重，需進(jìn)一步的磨粉加工才能制備出細(xì)顆粒TiC粉體；
3、 化學(xué)氣相沉積合成法利用TiCl4， H2和C之間的反應(yīng)，反應(yīng)式如方程為 TiCl4 (g) +2H2 (g) +C (s) =TiC (g) +4HC1 (g)，反應(yīng)物與灼熱的鎢或炭單絲接觸而進(jìn)行反應(yīng)，TiC晶體直 接生長在單絲上，用這種方齢成的TiC粉體，其產(chǎn)量、有時(shí)甚至質(zhì)量的提高受到限制，此外由 于TiCl4和產(chǎn)物中的HCl有強(qiáng)烈的腐蝕性，對(duì)設(shè)備也要求苛刻；
4、 高溫自蔓延合成法即SHS法，SHS法源于放熱反應(yīng)，當(dāng)加熱到適當(dāng)?shù)臏囟葧r(shí)，細(xì)顆粒的 Ti粉剤艮高的反應(yīng)活性，因此， 一旦點(diǎn)燃后產(chǎn)生的燃燒波艦反應(yīng)物Ti和C就會(huì)有足夠的反應(yīng)熱 使之生成TiC。 SHS法反應(yīng)極快，通常不到一秒鐘，但SHS法需要高純、微細(xì)的Ti粉作原料，而 且產(chǎn)量有限；
5、 反應(yīng)球磨技術(shù)制備納米TiC粉體反應(yīng)的球磨技術(shù)是利用金屬或合金粉末在球磨過程中與 其他單質(zhì)或化合物之間的化學(xué)反應(yīng)而制備出所需要材料的技術(shù)。在球磨過程中實(shí)現(xiàn)了固態(tài)反應(yīng)， 合成了納米TiC。但合成產(chǎn)物純度較低，提純困難；
6、 微波合成納米TiC:禾調(diào)微波能^)(付才料進(jìn)行加熱，其基本原S就是利用材料在高頻電場 中的介質(zhì)損耗，將微波能轉(zhuǎn)變成熱能，以Ti02和炭黑為原料，禾傭碳熱還原反應(yīng)原亂用微波合 成TiC粉體。但合,物純度較低，提純困難；
7、 禾U用TiS2和C來合成TiC:反應(yīng)式為TiS2(s)+2C(s)^iC(s)+CS2(g)，反應(yīng)要在高真空并加
3熱至200(TC的對(duì)牛下才能進(jìn)行。
8、利用熔鹽法制備碳化鈦粉體將炭材料放置于坩堝內(nèi)，將一種或一種以上堿金屬或石咸土
金屬的氯化物、氟化物、硝酸鹽、硫酸鹽或Na;TiF6材料與金屬鈦不混合或混合后覆蓋在坩堝的碳 材料上，在氬氣氛或隔絕空氣的條件下，以0.1 30。C/分的升溫速率加熱坩堝至60(TC 130(rC， 保溫0.1 200小時(shí)后冷卻；再將熔鹽坩堝在水中煮沸后，取出不溶的碳化鈦，經(jīng)水洗、干燥后即 得。但合成產(chǎn)物純度較低，提純困難；
綜上戶艦，在制備TiC的過程中，存在著或制備成本較高，或提純困難，或轉(zhuǎn)化溫度較高， 或產(chǎn)量、甚至質(zhì)量的提高受到限制，或需要高純、微細(xì)的Ti粉作原料，或碳化鈦的形態(tài)難以控制 等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種原料成本低、干燥后可重復(fù)使用，碳化鈦轉(zhuǎn)化率高，轉(zhuǎn) 化鵬較低以及碳化鈦的形態(tài)可控制的碳化鈦粉體制備方法。 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下步驟和工藝斜牛 第一步^W級(jí)的鈦粉與蔗糖按照一定質(zhì)量比稱料；
第二步將原料粉末按上述比例混合，加A^磨介質(zhì)在球磨ail濕磨24 72小時(shí)，^f斗比為 3: 1，球磨機(jī)織為50 240r. p. m;
第三步將球磨后的混合漿料在烘干箱中烘干，烘干溫度為5(rC 10(TC;
第四步將烘干后的土央狀物料方iCA沸騰的油中碳化，碳化時(shí)間10 40辦中，得到多孑L士央狀碳
化物料。
第五步將碳化后得到的多孑L塊狀固體進(jìn)行破碎，在烘干箱中烘干去油，烘干溫度為50°C 300°C;
第六步將已去油的物料放入燒舟中，艦點(diǎn)火裝置引燃自魏反應(yīng)； 第七步將自蔓燃反應(yīng)后的物料進(jìn)行破碎，制備出所要求粒度的碳化鈦粉末。 鈦粉與蔗糖質(zhì)量比為1 1. 6 : 1。
用于碳化油的沸點(diǎn)在20(TC 50(TC之間，油可選擇大豆油、大豆色拉油、花生油、花生色拉 油、菜籽油或柴油等。
在自蔓燃反應(yīng)時(shí)通入氬氣作為保護(hù)氣體。 所述的第五步驟中的烘干時(shí)間為0. 5 36小時(shí)。所述的第三歩驟中的烘干時(shí)間為0. 5 36小時(shí)。所述的球磨介質(zhì)為酒精。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果
1. 本發(fā)明在油中碳化，油是庶糖碳化的載體，也是碳化過程中防止鈦產(chǎn)生反應(yīng)，可以直接生成無定形碳包圍著鈦粉顆粒，碳與鈦之間的接觸面積較大，有效促進(jìn)反應(yīng)。由于碳包圍著鈦粉顆粒，鈦粉顆粒與鈦粉顆粒之間隔離著碳層，所以在自蔓燃反應(yīng)合成時(shí)，碳化鈦不易團(tuán)聚。
2. 本發(fā)明充分利用碳與鈦之間的自蔓燃反應(yīng)，由于反應(yīng)溫度較高，反應(yīng)充分，能夠合成較為純凈的碳化鈦。
3. 本發(fā)明工藝過程簡單，易控制，所得TiC粉體不易團(tuán)聚，破碎容易。
4. 本發(fā)明制備的粉末原料成本低、干燥后可重復(fù)4頓，碳化鈦轉(zhuǎn)化率高，轉(zhuǎn)化ag較低以及
碳化鈦的形態(tài)可控制。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一
第一步將 級(jí)的鈦粉與蔗糖按照鈦粉蔗糖比=47:43.2質(zhì)量比稱料；第二步將原料粉末按成分配比混合，然后在球磨機(jī)上濕磨24小時(shí)，球料比為3: 1，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為240r.p.m，球磨介質(zhì)是酒精；
第三步將球磨后的混合漿料在烘干箱中烘干，烘干纟鵬為5(TC，烘干時(shí)間36小時(shí)；
第四步將烘干好的塊狀物料方JCA沸騰的大豆色拉油中碳化，碳化時(shí)間10 40倂中，得到多
孔塊狀碳化物料。
第五步將碳化后得到的多孑L塊狀固體進(jìn)行破碎，在烘干箱中烘干去油，烘干iUS為2(xrc，
烘干時(shí)間24小時(shí)；
第六步將已去油的物料方i(A燒舟中，通過點(diǎn)火裝置引燃自蔓燃反應(yīng)合成碳化鈦，通入氬氣
作為保護(hù)氣體；
第七步將自蔓燃反應(yīng)后的物糾令卻進(jìn)行破碎，制備出要求粒度的碳化鈦粉末。實(shí)施例二第一步^m級(jí)的鈦粉與蔗糖按照鈦粉蔗糖比=47:39.2質(zhì)量比稱料；
第二歩將原料粉末按成分配比混合，然后在球磨機(jī)上濕磨60小時(shí)，球料比為3: 1，球磨機(jī)
,為120r.p.m，球磨介質(zhì)是酒精；
第三步將球磨后的混合漿料在烘干箱中烘干，烘干驗(yàn)為9CrC，烘干時(shí)間24小時(shí)；2
第四步將烘干好的塊狀物料放入沸騰的花生油中碳化，碳化時(shí)間10 40分鐘，得到多孔塊
狀碳化物料。
第五步將碳化后得到的多孔塊狀固體進(jìn)行破碎，在烘干箱中烘干去油，烘干溫度為5(TC，
烘干時(shí)間36小時(shí)；
第六步將己去油的物料放入燒舟中，通過點(diǎn)火裝置引燃自蔓燃反應(yīng)合成碳化鈦，通入氬氣
作為^^戶氣體；
第七步將自蔓燃反應(yīng)后的物舉W令卻進(jìn)行破碎，制備出要求粒度的碳化鈦粉末。 實(shí)施例二
第一步3割棘級(jí)的鈦粉與蔗糖按照鈦粉蔗糖比=47:36.4質(zhì)量比稱料；
第二步將原料粉水按成分配比混合，然后在球磨機(jī)上濕磨48小時(shí)，球料比為3: 1，球磨機(jī)
轉(zhuǎn)速為180r. p. ra，球磨介質(zhì)是酒精；
第三步將球磨后的混合漿料在烘干ff中烘干，烘干纟顯度為7(TC，烘干時(shí)間30小時(shí)；
第四步將烘干好的i央狀物料方JCA沸騰的菜籽油中碳化，碳化時(shí)間10 40射中，得到多孑L塊 狀碳化物料。
第五步將碳化后得至啲多孔±央狀固體進(jìn)行破碎，在烘干箱中烘干去油，烘干溫度為300。C,
烘干時(shí)間0. 5小吋；
第六步將己去油的物料放入燒舟中，通過點(diǎn)火裝置引燃自蔓燃反應(yīng)合成碳化鈦，通入氬氣
作為保護(hù)氣體；
第七步將自鄉(xiāng)反應(yīng)后的物料冷卻進(jìn)行破碎，制備出要求粒度的碳化鈦粉末。
實(shí)施例四
第一步^tM的鈦粉與蔗糖按照鈦粉薪糖比=47:31.2質(zhì)量比稱料；
第二步將原料粉末按成分配比混合，然后在球磨機(jī)上濕磨72小時(shí)，球料比為3: 1，球磨機(jī) 自為50r. p. m，球磨介質(zhì)是酒精；
第三步將球磨后的混合槳料在烘干箱中烘干，烘干溫度為10(TC，烘干時(shí)間0.5小時(shí)；
第四步將烘干好的塊狀物料方^A沸騰的柴油中碳化，碳化時(shí)間10 40辦中，得到多 L塊狀
碳化物料。
第五步將碳化后得到的多孑L塊狀固體進(jìn)行破碎，在烘干箱中烘干去油，烘干ag為i5crc，
烘干時(shí)間30小時(shí)；
6第六歩將已去油的物料放入燒舟中，通過點(diǎn)火裝置引燃自蔓燃反應(yīng)合成碳化鈦，通入氬氣
作為保護(hù)氣體；
第七步將自蔓燃反應(yīng)后的物料冷卻進(jìn)行破碎，制備出要求粒度的碳化鈦粉末。
前述實(shí)施例中的油還可以選擇大豆油、花生色拉油等，沸點(diǎn)在200'C 50(TC之間。 將上述四個(gè)實(shí)施例的碳化鈦粉末，冷卻至室溫后出料并稱量，以計(jì)算合成率，然后取一定量 的TiC用X射線衍射法進(jìn)行物相分析，用透射電鏡進(jìn)行粒度分析。
分析結(jié)果見下表
合成率％物相分析晶粒大小(nm)
實(shí)施例一100產(chǎn)物全為TiC203
實(shí)施例二100產(chǎn)物全為TiC186
實(shí)施例三100產(chǎn)物全為TiC159
實(shí)施例四100產(chǎn)物全為TiC197
權(quán)利要求
1、一種碳化鈦微粉的制備方法，其特征是包括以下步驟和工藝條件第一步將微米級(jí)的鈦粉與蔗糖按照一定質(zhì)量比稱料；第二步將原料粉末按上述比例混合，加入球磨介質(zhì)在球磨機(jī)上濕磨24～72小時(shí)，球料比為31，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為50～240r.p.m；第三步將球磨后的混合漿料在烘干箱中烘干，烘干溫度為50℃～100℃；第四步將烘干后的塊狀物料放入沸騰的油中碳化，碳化時(shí)間10～40分鐘，得到多孔塊狀碳化物料。第五步將碳化后得到的多孔塊狀固體進(jìn)行破碎，在烘干箱中烘干去油，烘干溫度為50℃～300℃；第六步將已去油的物料放入燒舟中，通過點(diǎn)火裝置引燃自蔓燃反應(yīng)；第七步將自蔓燃反應(yīng)后的物料進(jìn)行破碎，制備出所要求粒度的碳化鈦粉末。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化鈦微粉的制備方法，其特征是鈦粉與蔗糖質(zhì)量比為1 1. 6:1。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的碳化鈦微粉的制備方法，其特征是用于碳化油的沸點(diǎn)在20(TC 500 。C之間，油可選擇大豆油、大豆色拉油、花生油、花生色拉油、菜籽油或柴油。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的碳化鈦微粉的制備方法，其特征是在自 反應(yīng)時(shí)通入氬氣作為保 護(hù)氣體。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1戶 的碳化鈦微粉的制備方法，其特征是所述的第五步驟中的烘干時(shí)間為 0. 5 36小時(shí)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求i戶，的碳化鈦微粉的制備方法，其特征是戶;M的第三步驟中的烘千時(shí)間為0. 5 36小時(shí)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的碳化鈦微粉的制備方法，其特征是所述的球磨介質(zhì)為酒精。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種碳化鈦微粉的制備方法，該方法將質(zhì)量比為1～1.6∶1的鈦粉和蔗糖進(jìn)行混粉球磨、烘干后，在沸騰的油中碳化、再烘干去油、點(diǎn)燃產(chǎn)生自蔓燃反應(yīng)合成碳化鈦。本發(fā)明主要是利用蔗糖包覆鈦粉顆粒，再進(jìn)行碳化生碳包覆鈦粉顆粒，碳與鈦之間的接觸面積較大，鈦粉顆粒與顆粒之間隔離著碳層，所以在自蔓燃反應(yīng)合成時(shí)，碳化鈦粉體不易團(tuán)聚、工藝過程簡單，易控制。
文檔編號(hào)C01B31/00GK101486462SQ20091001444
公開日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2009年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月23日
發(fā)明者劉均波 申請(qǐng)人:濰坊學(xué)院