[發(fā)明專利]一種流化床制備TiN、TiC、TiCN粉體的系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810456074.4
• 申請(qǐng)日: 2018-05-14
• 公開（公告）號(hào): CN110155964B
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 向茂喬;朱慶山;宋淼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院過程工程研究所
• 主分類號(hào): C01B21/076
• 分類號(hào): C01B21/076
• 代理公司: 北京方安思達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;張紅生

本發(fā)明公開了一種流化床制備TiN、TiC、TiCN粉體的系統(tǒng)及方法。價(jià)格低廉的TiCl₄氣體在流化床內(nèi)經(jīng)過預(yù)反應(yīng)后獲得預(yù)反應(yīng)產(chǎn)物，隨后預(yù)反應(yīng)產(chǎn)物在沉積反應(yīng)流化床中的氮源、碳源氣氛中被氮化或(和)碳化成TiN、TiC、TiCN粉體。本發(fā)明顯著降低了傳統(tǒng)化學(xué)氣相沉積制備TiN、TiC、TiCN粉體的溫度，制備的TiN、TiC、TiCN粉體粒徑和形貌可控，且制備工藝和設(shè)備簡(jiǎn)單、原料經(jīng)濟(jì)，適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化工、材料領(lǐng)域，涉及粉體的制備方法，特別是一種TiN、TiC、TiCN粉體的制備工藝。

背景技術(shù)

TiN、TiC、TiCN因具有熔點(diǎn)高、硬度大、耐腐蝕、耐磨、抗氧化能力強(qiáng)以及良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱等優(yōu)異性能，在機(jī)械加工、航空航天、石油化工、電子信息、生物電化學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。例如，TiN、TiC、TiCN可作為刀具材料、模具材料、防腐材料、導(dǎo)電陶瓷材料、電極材料、裝飾材料、節(jié)能材料、耐磨材料以及生物相容性材料。TiN、TiC、TiCN粉體是制備這些高性能TiN、TiC、TiCN材料的基礎(chǔ)。經(jīng)過過去幾十年的不斷研發(fā)，目前主要有以下幾大類制備方法：

(1)直接氮化或(和)碳化法，即把Ti或TiH₂粉體在高溫(1000℃～1200℃)的氮源氣體或者(和)碳源氣體直接氮化或者(和)碳化成TiN、TiC、TiCN。例如中國專利CN201510998040.4公開了一種把超細(xì)TiH₂粉體平鋪在氧化鋁坩堝中，在高溫N₂氣氛下制備TiN粉體的方法。中國專利CN200510042366.6公開了一種把Ti粉放置于充滿N₂的高能球磨罐中長(zhǎng)時(shí)間球磨直接制備TiN粉體的方法。直接氮或者(和)碳化法存在的主要問題是所需溫度高，時(shí)間長(zhǎng)，粉體形貌難以調(diào)控。因?yàn)橹苯拥蛘?和)碳化為固-氣反應(yīng)，一旦氮源或者(和)碳源氣體與鈦源顆粒開始接觸并反應(yīng)便會(huì)形成中間過渡層TiN_x/TiC_x，從而外部N或(和)C需要較高的溫度才能擴(kuò)散過中間層進(jìn)一步與Ti或者TiH₂反應(yīng)生成TiN、TiC、TiCN。通常，只有采用非常細(xì)(小于3μm)的Ti粉或者TiH₂粉體才能一步直接獲得TiN、TiC、TiCN，否則需要多次反復(fù)破碎、氮化。然而超細(xì)Ti粉或TiH₂粉體制備較困難、成本非常高且容易氧化，同時(shí)在高溫反應(yīng)過程容易出現(xiàn)團(tuán)聚、燒結(jié)，導(dǎo)致粉體變粗，需進(jìn)一步破碎。這些缺點(diǎn)限制了TiN粉體應(yīng)用范圍。

(2)碳熱還原法，即把TiO₂細(xì)粉體和C粉體混合，在高溫(約1300℃)氮源或者(和)碳源氣氛下還原合成TiN、TiC、TiCN粉體。例如，中國專利CN201110076900.0采用納米級(jí)TiO₂和C為原料，在高溫氣氛爐中通入高壓的N₂制備粉體，然后經(jīng)過破碎，篩分出微米級(jí)TiCN粉體。為降低溫度，中國專利CN200510010013.8基于自蔓延燃燒，采用TiO₂、Mg、C為原料壓制成一定密度的塊體，然后在N₂中點(diǎn)燃合成粉體，最后經(jīng)過酸洗獲得亞微米級(jí)TiN、TiC、TiCN粉體。該類方法的主要問題是制備的TiN、TiC、TiCN粉體雜質(zhì)含量高(氧或金屬雜質(zhì))且很難獲得單相的TiN、TiC、TiCN粉體，其中經(jīng)常會(huì)伴隨著這三者中的任意兩種或者三種同時(shí)存在，從而難以獲得高純單相TiN、TiC、TiCN粉體。