[發明專利]碳氮化鈦納米粉的多重激活制備法

有效

• 申請號: 200710049299.X
• 申請日: 2007-06-14
• 公開（公告）號: CN101323464A
• 公開（公告）日: 2008-12-17
• 發明（設計）人: 劉穎;向道平;陳幫橋;夏姍;葉金文;高升吉;涂銘旌
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C01G23/00
• 分類號: C01G23/00;C01B31/30;C01B21/082;C04B35/515
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一、技術領域

本發明涉及一種碳氮化鈦納米粉的多重激活制備方法。

二、背景技術

在刀具材料中，從綜合性能、經濟成本和資源利用等角度考慮，碳氮化鈦基金屬陶瓷都比碳化鎢基硬質合金具有優勢。研究發現，用粒度小于1μm的亞微、超細、納米硬質相粉末制備或添加改性金屬陶瓷，可以大大提高碳氮化鈦基金屬陶瓷的使用性能。目前，制備碳氮化鈦細粉的方法有等離子體法，如申請號為02125986.0，名稱為“等離子體化學氣相合成法制備碳氮化鈦陶瓷粉體的工藝”的中國專利申請；燃燒合成法，如申請號為200510010013.8，名稱為“亞微米級碳氮化鈦粉末的燃燒合成方法”的中國專利申請；高能機械球磨法，如申請號為200510042366.6，名稱為“納米碳氮化鈦粉體的制備方法”的中國專利申請；低溫化學法，如申請號為200410023706.6，名稱為“碳氮化鈦三元化合物粉體材料的制備方法”的中國專利申請等等。

分析上述方法，會發現它們一般具有原料成本高、工藝繁瑣、合成的產物粒度較大、產量(率)較低、設備昂貴等等一種或幾種缺點，因此限制了其在工業上的規?；a。

三、發明內容

我們在申請號為200510021718.X與200610022475.6的兩項中國發明專利申請中，分別提出了通過納米氧化鈦和納米碳粉的高溫碳氮化反應并結合后續球磨制備碳氮化鈦超細粉的方法，以及通過預先機械激活納米原料并結合后續較低溫度碳熱氮化反應，從而制備出碳氮化鈦納米粉末的方法。為在更低碳熱氮化反應溫度，甚至是室溫直接制備納米產物，本發明提出首先向氧化鈦和碳粉原料中加入一定量金屬鈦粉，然后在含氮氣氛中機械球磨原料混合物合成納米碳氮化鈦的新方法。

本發明的原理是：Ti-C-N₂系合成碳氮化鈦的反應為強放熱反應，該反應在機械激活或后續熱處理中放出的熱量可以激活TiO₂-C-N₂系吸熱反應，進而使該反應可在比單純機械激活更低的溫度下進行。

本發明提供的方法以氧化鈦、鈦粉、碳粉為原料，工藝步驟如下：

1、配料

鈦、氧化鈦摩爾比大于等于1.2∶1；

2、裝料

先將配好的原料裝入球磨罐，再向球磨罐內通入含氮氣體；

3、機械球磨

在高能球磨機上機械球磨原料一段時間；

4、取料

在真空手套箱中取出球磨料；

注：如混合原料在球磨過程中已反應完畢，則以下步驟5、6省略。

5、裝料

將球磨料放入碳管爐的坩堝內；

6、熱處理

(1)密閉系統

當碳管爐內抽到一定真空度時開始加熱，熱處理溫度為800～1050℃，時間為0～1h(如有必要，在到達熱處理溫度前需向爐內通入一定量氮氣)；

(2)開放系統

向碳管爐內充氬氣(或氮氣)至稍大于1個標準大氣壓，再通流動氬氣(或氮氣)并同時升溫加熱，熱處理溫度為800～1100℃，時間為0～1h；

7、提純

將球磨或熱處理產物在5～10％的鹽酸中浸泡24h后再過濾；

8、干燥

烘干提純后的產物粉末；

9、過篩

將烘干產物粉末過篩得產品。

本發明提供的方法合成的產物為碳氮化鈦固溶體粉末，其顆粒為球形，分散性較好，平均產物粒度在100nm以下，純度達99％以上(XRD圖譜上無雜質峰)。

本發明具有以下優勢：

1、無需后續熱處理或只需后續較低溫度熱處理；

2、通過控制鈦/氧化鈦配比、高能球磨時間、后續熱處理工藝等可以合成各種碳含量的納米碳氮化鈦；

3、合成的碳氮化鈦純度較高，顆粒細，粒徑分布范圍較窄；

4、原料較便宜，國內廠家能批量供應；

5、設備、工藝簡單，便于操作。

四、附圖說明

圖1是根據本發明所提供的納米碳氮化鈦的多重激活制備法的一種工藝流程圖。

五、具體實施方式

實施例1：

本實施例中，原料為氧化鈦、鈦粉、碳粉，按工藝流程圖1有以下工藝步驟：

(1)配料

鈦粉和氧化鈦的摩爾比為2.0∶1；

(2)裝料

先將配好的原料裝入球磨罐，再向球磨罐內通入N₂/Ar混合氣體；

(3)機械球磨

在自制振動球磨機上高能干磨原料混合物，球料重量比為30∶1，球磨機轉速為700rμm，球磨時間為40h；

(4)取料