[發明專利]室溫下合成制備二硼化鈦-碳化鈦復相陶瓷微粉的方法

無效

• 申請號: 200910095172.0
• 申請日: 2009-11-11
• 公開（公告）號: CN101704676A
• 公開（公告）日: 2010-05-12
• 發明（設計）人: 李才巨;朱心昆;趙昆渝;陶靜梅;陳鐵力
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C04B35/622
• 分類號: C04B35/622;C04B35/515
• 代理公司: 昆明今威專利代理有限公司 53115
• 代理人: 賽曉剛

技術領域

本發明屬于新型陶瓷粉末材料制備技術領域，提供了一種室溫下制備二硼化鈦-碳化鈦復相陶瓷微粉材料的方法，在室溫下運用高能球磨技術將純Ti粉和B₄C粉合成制備出二硼化鈦-碳化鈦復相陶瓷微粉材料。

背景技術

二硼化鈦(TiB₂)具有高熔點(3253℃)、低密度(4.52g/cm³)、高硬度(HV＝34GPa)、極好的化學穩定性和優良的導熱、導電、耐磨、抗高溫氧化(能抗1100℃以下的氧化)等性能，兼有結構陶瓷和功能陶瓷雙重用途，主要應用于制作導電陶瓷材料，陶瓷切削刀具及模具，復合陶瓷材料，鋁電解槽陰極涂層材料，PTC發熱陶瓷材料和柔性PTC材料，Al、Fe、Cu等金屬材料的強化劑，金屬基表面耐高溫、抗腐蝕涂層材料。碳化鈦(TiC)具有高硬度(HV＝30GPa)、高熔點(3160℃)、高彈性模量、低導熱率(21W/(m·k))、化學穩定性好和電阻率低(60μΩ·cm(室溫))等諸多優點，廣泛應用于制造耐磨材料，切削刀具，磨料，模具，熔煉金屬坩堝，粉末冶金等諸多領域。二硼化鈦(TiB₂)和碳化鈦(TiC)組合成復相陶瓷顆粒，具有TiB₂和TiC的復合性能，在非氧化物陶瓷、超硬合金和高強高導金屬基復合材料中經常作為主要的強化相，受到廣泛關注。

在非氧化物陶瓷、超硬合金和高強高導金屬基復合材料的傳統制備工藝中，都是先制備單獨的TiB₂和TiC粉末，然后通過粉末冶金等方法將這兩種粉末加入到相應的基體中。

TiB₂粉末的傳統制備工藝為：將鈦或氧化鈦與氧化硼或碳化硼以及碳的混合物進行高溫碳化還原，工藝生產裝置復雜、反應溫度高、時間長、能耗巨大，且獲得的二硼化鈦晶粒粗大、含硼量低、產品純度差。中國專利CN105533A報道了1450～1700℃下基于活性炭為還原劑、五硼酸銨為硼源及二氧化鈦為鈦源的二硼化鈦陶瓷粉末炭還原合成方法，產品粒度10μm左右，較為粗大，且合成溫度高，反應時間長。中國專利CN1341576A報道了另一種自蔓延高溫合成還原法制備TiB₂陶瓷微粉的方法，將TiO₂、B₂O₃和金屬Mg粉末均勻混合并模壓成型，然后在常溫常壓下置于氬氣保護的自蔓延高溫合成裝置中，點火燃燒，燃燒產物經破碎、酸洗后得到TiB₂陶瓷微粉，平均粒徑為5μm左右，但制備過程仍然較長、較復雜。

TiC粉末的傳統的制備工藝是將鈦或二氧化鈦與碳的混合物置于真空的石墨管式爐內，然后加熱至2200℃以上高溫下進行碳化，具有裝置復雜、反應時間長、能耗高、碳化鈦產品含碳量低、產品純度差等缺點。諸多研究表明，自蔓延高溫合成碳化鈦工藝可以克服這些缺點，使生產成本大幅度降低，但所得碳化鈦粉末顆粒粗大(100μm左右)，不能滿足商品化碳化鈦對顆粒小于等于10μm的要求，影響了該工藝的競爭力。1991年，俄羅斯人公開了自蔓延-熱壓制備碳化鈦微粉的方法，所得碳化鈦粒度達到3～20μm，但由于工藝裝置太復雜而影響工業化生產。中國專利CN1135457A報道了一種自蔓延高溫合成-化學反應爐制備碳化鈦微粉的方法，先將中間化合物TiC_0.5+0.5C混合物模壓成型后置于(Ti+C)混合物的內部，然后在常溫常壓氬氣保護下置于自蔓延高溫合成-化學反應爐中，點火燃燒，使外層的(Ti+C)快速反應生成粒徑20～80μm的TiC產品，并同時利用外層物系放出反應熱使內層的(TiC_0.5+0.5C)快速反應生成粒徑＜10μm的TiC產品。該工藝的不足之處是制備工藝和裝置較復雜，所得TiC顆粒較粗，且顆粒不均勻。

綜上可知，已有的TiB₂和TiC粉末制備技術都存在工藝和制備復雜、成本較高、產品質量不高等不同程度的不足之處，而且都是單獨制備一種粉末，然后再將二者混合添加于基體材料中，無形中增加了非氧化物陶瓷、超硬合金和高強高導金屬基復合材料的生產成本。