[發明專利]一種TiN、TiC、TiCN粉體的制備系統及制備方法

有效

• 申請號: 201810457645.6
• 申請日: 2018-05-14
• 公開（公告）號: CN110155966B
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 朱慶山;向茂喬;宋淼
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C01B21/076
• 分類號: C01B21/076;C01B21/082
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;張紅生

本發明公開了一種TiN、TiC、TiCN粉體的制備系統及方法。粗的含鈦粉體在預反應流化床內經過預處理后被輸送到粉體合成流化床中，隨后在氮源、碳源的氣氛中被直接氮化或(和)碳化成細小的TiN、TiC、TiCN粉體。本發明降低了TiN、TiC、TiCN粉體的合成溫度，克服了傳統直接氮化或(和)碳化工藝中需多次破碎、反復氮化或(和)碳化過程，提高了粉體制備效率，解決了傳統工藝中TiCl₄鈦源氮化或(和)碳化效率低的問題，提高了原料利用率，并且工藝流程簡單，能夠實現連續批量化生產TiN、TiC、TiCN粉體，適用于大規模工業化生產，具有良好的經濟效益和社會效益。

技術領域

本發明屬于化工、材料領域，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

TiN、TiC、TiCN金屬陶瓷因具有熔點高、硬度大、耐腐蝕、耐磨、抗氧化能力強以及良好的導電、導熱等優異性能，在機械加工、航空航天、石油化工、電子信息、生物電化學等領域具有廣泛的應用。例如，TiN、TiC、TiCN可作為刀具材料、模具材料、防腐材料、導電陶瓷材料、電極材料、裝飾材料、節能材料、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。經過過去幾十年的不斷研發，目前主要有以下幾大類制備方法：

(1)碳熱還原法，即把TiO₂細粉體和C粉體混合，在高溫(至少1300℃)氮源氣體或者(和)碳源還原合成TiN、TiC、TiCN粉體。例如，中國專利CN201110076900.0采用納米級TiO₂和C為原料，在高溫氣氛爐中通入高壓的N₂制備粉體，然后經過破碎，篩分出微米級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中點燃合成粉體，最后經過破碎、酸洗獲得亞微米級TiN、TiC、TiCN粉體。該類方法的主要問題是制備的TiN、TiC、TiCN粉體雜質含量高(氧或金屬添加劑等雜質)且其中經常會伴隨著這三者中的任意兩種或者三種同時存在，很難獲得高純度的單相粉體。

(2)溶膠-凝膠法，即把有機或無機鈦源、有機碳源與無機鹽等混合，加入絡合劑制備出鈦的凝膠，經過干燥后在高溫氮源氣體或者(和)碳源氣體中反應制備納米級的TiN、TiC、TiCN粉體。從本質上講，該方法還是基于碳熱還原反應再氮化或者(和)碳化，因為凝膠在煅燒的過程中會形成納米TiO₂，而后納米TiO₂再被有機碳源裂解后生成的碳源還原成鈦，然后再與高溫氮源氣體或者(和)碳源氣體反應獲得粉體，最后經過破碎、清洗、篩分出不同粒徑的TiN、TiC、TiCN粉體。例如，中國專利CN200910076143.X采用TiCl₄或鈦酸四丁酯等鈦源與葡萄糖或者檸檬酸等含碳有機物混合，在其中加入硝酸、尿素等添加劑配置成溶膠，然后老化成凝膠，再經過在管式爐中干燥煅燒制備出納米TiN粉體。盡管該方法可以獲得納米級粉體，但是該方法仍然沒有克服雜質含量高且容易形成雜相的問題。

(3)物理氣相沉積法，即鈦原子直接與N或者(和)C原子反應制備TiN、TiC、TiCN粉體。例如，歐洲專利EP0522873A1通過氮的等離子體和金屬鈦原子物理氣相沉積制備了TiN_x粉體。該類方法的主要問題是制備TiN、TiC、TiCN粉體設備成本高、得粉率低、難以滿足工業中低成本高效率的要求。