[發明專利]利用熔鹽歧化反應原位制備碳化鋯、鉿或釩粉體的方法

在審

• 申請號: 201811188412.7
• 申請日: 2018-10-12
• 公開（公告）號: CN111039676A
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 劉會軍;楊凌旭;曾潮流
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C04B35/56
• 分類號: C04B35/56;C04B35/626
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發明涉及過渡金屬碳化物粉體材料制備技術領域，具體來講，涉及一種利用熔鹽歧化反應原位制備ZrC、HfC或VC粉體的方法。所述方法包括：根據化學計量比，直接形成原料混合物，過渡金屬碳化物的結構式為MC，其中，M為過渡金屬元素鋯、鉿或釩，C為碳元素；惰性氣氛下，將原料混合物在熔融熔鹽中反應，反應結束后冷卻，得產物混合物；去除產物混合物中的熔鹽，得ZrC、HfC或VC粉體。本發明能夠解決現有的ZrC、HfC或VC粉體合成溫度高、制備工藝和設備復雜且成本高、形貌和尺寸不可控等問題中的一項或多項，并且具有快速、高效、節能、環保、成本低廉又易于實現大規模生產等優點。

技術領域

本發明涉及過渡金屬碳化物粉體材料制備技術領域，具體來講，涉及一種利用熔鹽歧化反應原位制備ZrC、HfC或VC粉體的方法。

背景技術

過渡金屬碳化物ZrC、HfC和VC是一類具有很高的熔點、硬度、良好的導電導熱性、化學穩定性以及極高的熱穩定性和機械穩定性等特點的物質，正是這些性質使得它們被廣泛應用于冶金、機械、電子、核工業、生物材料和航空航天等領域。此外，過渡金屬碳化物因其獨特的電子結構和優良的催化性能，在催化學科中作為一類催化新材料引起人們的極大關注，為過渡金屬碳化物的研究和發展拓展一個全新的領域。在貴金屬催化的許多反應中，過渡金屬碳化物都表現出較好的催化活性，可與貴金屬鉑、銥、釕等相媲美，因此過渡金屬碳化物又被譽為類貴金屬化合物。然而，具有理想尺寸以及可控形貌的粉體是制備上述先進碳化物材料的基礎。

目前，制備過渡金屬碳化物ZrC、HfC和VC粉體的方法主要有：高能球磨、自蔓延高溫合成、激光氣相反應、低溫合成、碳熱還原法、化學氣相沉積法等。但是，高能球磨法消耗大量能量且易引入雜質；自蔓延高溫合成反應過程不易控制，影響產物的性能；激光氣相反應設備原料昂貴，生產成本高；低溫合成方法影響因素多，產品純度不理想。碳熱還原反應所用原料較廉價，生產工藝簡單，適合工業生產，但是由于原料混合的均勻度不夠理想和反應的不完全而使合成的粉體純度不高。此外，這些方法制備的ZrC、HfC和VC粉體由于高溫燒結作用多為微米級粉體，且顆粒之間團聚嚴重很難對其形貌進行控制。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠低能耗和(或)低成本地利用熔鹽歧化反應原位制備ZrC、HfC或VC粉體的方法，解決現有技術存在的上述不足中的至少一項。例如，本發明的目的之一在于解決現有ZrC、HfC或VC粉體合成溫度高、制備工藝和設備復雜、以及成本高、形貌和尺寸難以控制等問題中的一項或多項。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：

一種利用熔鹽歧化反應原位制備碳化鋯、鉿或釩粉體的方法，包括以下步驟：

根據過渡金屬碳化物的化學計量比，直接將第一原料粉末與第二原料混合形成原料混合物，其中，所述第一原料為碳材料，所述第二原料含有能夠進行歧化反應的Zr的兩種價態、Hf的兩種價態或V的兩種價態，所述過渡金屬碳化物的結構式為MC，其中，M為過渡金屬元素鋯、鉿或釩，C為碳元素；

在惰性氣氛下，將所述原料混合物在熔融態熔鹽中反應，待反應結束后冷卻，獲得含有反應產物與固態熔鹽的混合物；

去除反應產物與固態熔鹽的混合物中的熔鹽，得到ZrC、HfC或VC粉體。

所述的利用熔鹽歧化反應原位制備碳化鋯、鉿或釩粉體的方法，該方法通過控制所述碳材料的尺寸和形貌來獲得具有期望尺寸和形貌的ZrC、HfC或VC粉體。

所述的利用熔鹽歧化反應原位制備碳化鋯、鉿或釩粉體的方法，該方法通過控制所述碳材料的尺寸為毫米尺度、微米尺度或納米尺度來分別獲得具有相應尺寸的ZrC、HfC或VC粉體。

所述的利用熔鹽歧化反應原位制備碳化鋯、鉿或釩粉體的方法，第一原料為納米尺度碳材料、微米尺度碳材料和毫米尺度的碳材料中的一種或兩種以上。