[發明專利]一種微波碳熱還原制備復合Ti(C,N)金屬陶瓷粉體的方法

有效

• 申請號: 201810371181.7
• 申請日: 2018-04-24
• 公開（公告）號: CN108637268B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發明（設計）人: 向道平;李慧
• 申請（專利權）人: 海南大學
• 主分類號: B22F9/22
• 分類號: B22F9/22;C22C29/04
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 羅嘯秋

本發明屬于金屬陶瓷材料制備技術領域，公開了一種通過微波碳熱還原制備復合金屬陶瓷粉體的方法。將氰胺類化合物、Ti源化合物、M源化合物和碳源粉體高能球磨得到活化原料粉體，然后進行微波原位碳熱還原反應，得到復合Ti(C,N)金屬陶瓷粉體。本發明采用氰胺類化合物作為原料，可提供氮源和部分碳源，同時能部分降低反應溫度，氮化反應后所得產物粉體的成分更為均勻。利用高能球磨對原料進行預處理，不但容易獲得均勻混合的納米晶原料粉體，而且可以提高原料反應驅動力和擴散能力，增強組元的反應活性，降低后續合成溫度。相對常規碳熱還原反應，本發明無需N₂氣氛要求，操作更簡單，更容易獲得粒徑較細的產物粉體。

技術領域

本發明屬于金屬陶瓷材料制備技術領域，具體涉及一種通過微波碳熱還原制備復合Ti(C,N)金屬陶瓷粉體的方法。

背景技術

Ti(C,N)金屬陶瓷具有高硬度、高熔點、耐腐蝕、耐磨損及較好的熱穩定性和化學穩定性等優點，是WC硬質合金的優選替代材料，廣泛應用于工模具等行業。然而，Ti(C,N)金屬陶瓷的強度和韌性與WC硬質合金仍存在差距，故而大大限制了其應用。為改善金屬陶瓷的斷裂韌性，制備由多元復合Ti(C,N)固溶體和金屬粘結相構成的弱/無芯-環結構的復合(Ti,M)(C,N)金屬陶瓷是一種趨勢。而要制得高強韌性復合Ti(C,N)金屬陶瓷，高品質復合Ti(C,N)金屬陶瓷粉體的高效合成是首要前提。

目前，國內外制備復合Ti(C,N)粉體的典型方法有高溫擴散法和碳熱還原法。高溫擴散法是取一定量制備好的各碳氮化物陶瓷粉體，均勻混料后，通過高溫熱壓固溶或于Ar氣氛中在較高溫度下固溶而成。但此法能耗高，不易控制產物中各成分的比例，難以獲得高純復合粉體。碳熱還原法以金屬氧化物和碳源粉體為原料，該法原料成本低，工藝流程短，較之分別合成各組分碳/氮化物陶瓷粉體后，再高溫擴散合成復合Ti(C,N)粉體更節能。然而，常規碳熱還原法一般以N₂為氮源，由于N-N鍵能較高，因而反應溫度高，反應時間長，所以直接利用該法制備較細產物粉體比較困難。

因而，在保持碳熱還原法較簡單操作工藝、工業批量生產等優勢前提下，如何降低金屬氧化物的碳熱還原溫度、縮短保溫時間，最終在較短時間內，合成較細復合Ti(C,N)金屬陶瓷粉體，這對于后續制備高強韌復合Ti(C,N)金屬陶制品顯得非常重要。

發明內容

針對以上現有技術存在的缺點和不足之處，本發明的目的在于提供一種在空氣氣氛中通過微波碳熱還原制備復合Ti(C,N)金屬陶瓷粉體的方法。

本發明目的通過以下技術方案實現：

一種微波碳熱還原制備復合Ti(C,N)金屬陶瓷粉體的方法，包括以下步驟：

(1)將氰胺類化合物、Ti源化合物、M源化合物和碳源粉體混合，高能球磨得到活化原料粉體；所述M為Mo、W、Ta、Nb、V和Cr中的至少一種；

(2)將步驟(1)的活化原料粉體進行微波原位碳熱還原反應，得到復合Ti(C,N)金屬陶瓷粉體。

優選地，步驟(1)中高能球磨前還加入Ni源化合物和Co源化合物中的至少一種作為金屬粘結相。所述Ni源化合物優選Ni的氧化物，所述Co源化合物優選Co的氧化物。

優選地，所述氰胺類化合物為單氰胺、雙聚氰胺、三聚氰胺中的至少一種；所述Ti源化合物為TiO₂；所述M源化合物為Mo的氧化物、W的氧化物、Ta的氧化物、Nb的氧化物、V的氧化物和Cr的氧化物中的至少一種。

優選地，所述高能球磨的球料比為(10～30):1，高能球磨的時間為10～50h。

優選地，步驟(2)中所述微波原位碳熱還原反應的過程為：將活化原料粉體置于微波燒結系統加熱腔內，在空氣中以50～400℃/min的速率升溫至1000℃～1400℃，保溫5～30min進行微波原位碳熱還原反應，得到復合Ti(C,N)金屬陶瓷粉體。