專利名稱：碳氮化鈦納米粉的多重激活制備法的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種碳氮化鈦納米粉的多重激活制備方法。二、 背景技術在刀具材料中，從綜合性能、經濟成本和資源利用等角度考慮，碳氮化鈦基金屬陶瓷都比碳化鎢基硬 質合金具有優勢。研究發現，用粒度小于lpm的亞微、超細、納米硬質相粉末制備或添加改性金屬陶瓷， 可以大大提高碳氮化鈦基金屬陶瓷的使用性能。目前，制備碳氮化鈦細粉的方法有等離子體法，如申請號 為02125986.0，名稱為"等離子體化學氣相合成法制備碳氮化鈦陶瓷粉體的工藝"的中國專利申請；燃燒 合成法，如申請號為200510010013.8，名稱為"亞微米級碳氮化鈦粉末的燃燒合成方法"的中國專利申請； 高能機械球磨法，如申請號為200510042366.6，名稱為"納米碳氮化鈦粉體的制備方法"的中國專利申請； 低溫化學法，如申請號為200410023706.6，名稱為"碳氮化鈦三元化合物粉體材料的制備方法"的中國專 利申請等等。分析上述方法，會發現它們一般具有原料成本高、工藝繁瑣、合成的產物粒度較大、產量(率)較低、 設備昂貴等等一種或幾種缺點，因此限制了其在工業上的規模化生產。三、 發明內容我們在申請號為200510021718.X與200610022475.6的兩項中國發明專利申請中，分別提出了通過納米 氧化鈦和納米碳粉的高溫碳氮化反應并結合后續球磨制備碳氮化鈦超細粉的方法，以及通過預先機械激活 納米原料并結合后續較低溫度碳熱氮化反應，從而制備出碳氮化鈦納米粉末的方法。為在更低碳熱氮化反 應溫度，甚至是室溫直接制備納米產物，本發明提出首先向氧化鈦和碳粉原料中加入一定量金屬鈦粉，然 后在含氮氣氛中機械球磨原料混合物合成納米碳氮化鈦的新方法。本發明的原理是Ti-C-N2系合成碳氮化鈦的反應為強放熱反應，該反應在機械激活或后續熱處理中放 出的熱量可以激活Ti02-C-N2系吸熱反應，.進而使該反應可在比單純機械激活更低的溫度下進行。本發明提供的方法以氧化鈦、鈦粉、碳粉為原料，工藝步驟如下1、 配料 ' 鈦、氧化鈦摩爾比大于等丁丄2:1;2、 裝料先將配好的原料裝入球磨罐，再向球磨罐內通入含氮氣體；3、 機械球磨在高能球磨機上機械球磨原料一段時間；4、 取料在真空手套箱中取出球磨料；注如混合原料在球磨過程中已反應完畢，則以下步驟5、 6省略。5、 裝料將球磨料放入碳管爐的坩堝內；6、 熱處理(1) 密閉系統當碳管爐內抽到一定真空度時開始加熱，熱處理溫度為800 105(TC，時間為0 lh(如有必要，在到達 熱處理溫度前需向爐內通入一定量氮氣)；(2) 開放系統向碳管爐內充氬氣(或氮氣)至稍大于l個標準大氣壓，再通流動氬氣(或氮氣)并同時升溫加熱，熱處理 溫度為800 1100。C，時間為0 lh;7、 提純將球磨或熱處理產物在5 10M的鹽酸中浸泡24h后再過濾；8、 干燥烘干提純后的產物粉末；9、 過篩將烘干產物粉末過篩得產品。本發明提供的方法合成的產物為碳氮化鈦固溶體粉末，其顆粒為球形，分散性較好，平均產物粒度在 100nm以下，純度達99冗以上(XRD圖譜上無雜質峰)。 本發明具有以下優勢1、 無需后續熱處理或只需后續較低溫度熱處理；2、 通過控制鈦/氧化鈦配比、高能球磨時間、后續熱處理工藝等可以合成各種碳含量的納米碳氮化鈦;3、 合成的碳氮化鈦純度較高，顆粒細，粒徑分布范圍較窄；4、 原料較便宜，國內廠家能批量供應；5、 設備、工藝簡單，便于操作。四
圖l是根據本發明所提供的納米碳氮化鈦的多重激活制備法的一種工藝流程圖。五具體實施方式
實施例l:本實施例中，原料為氧化鈦、鈦粉、碳粉，按工藝流程圖l有以下工藝步驟(1) 配料鈦粉和氧化鈦的摩爾比為2.0:1;(2) 裝料先將配好的原料裝入球磨罐，再向球磨罐內通入N2/Ar混合氣體；(3) 機械球磨在自制振動球磨機上高能干磨原料混合物，球料重量比為30:1，球磨機轉速為700rpm/min，球磨時間 為40h;(4) 取料在真空手套箱中取出球磨料；(5) 裝料將一定量球磨料放入碳管爐的坩堝內；(6) 熱處理將碳管爐內抽到真空度為2.0xlO^MPa時開始以2(TC/min加熱，至1050'C保溫lh;(7) 提純將熱處理產物在10X的鹽酸中浸泡24h后再過濾；(8) 干燥烘干提純后的產物粉末；(9) 過篩將烘干產物粉末過篩得產品。實施例2:本實施例中，原料為氧化鈦、鈦粉、碳粉，按工藝流程圖l有以下工藝步驟(1) 配料鈦粉和氧化鈦的摩爾比為2.5:1;(2) 裝料 -' 先將配好的原料裝入球磨罐，再向球磨罐內通入N2/Ar混合氣體；(3) 機械球磨在自制振動球磨機上高能干磨原料混合物，球料重量比為30:1，球磨機轉速為700rpm/min，球磨時間 為100h;(4) 取料在真空手套箱中取出球磨料；(5) 提純將球磨產物在10X的鹽酸中浸泡24h后再過濾；(6) 干燥烘干提純后的產物粉末；(7) 過篩將烘干產物粉末過篩得產品。
權利要求
1、一種碳氮化鈦納米粉的多重激活制備法，其特征在于以氧化鈦、鈦粉、碳粉為原料，其工藝步驟如下1、配料鈦、氧化鈦摩爾比大于等于1.2∶1；2、裝料先將配好的原料裝入球磨罐，再向球磨罐內通入含氮氣體；3、機械球磨在高能球磨機上機械球磨原料一段時間；4、取料在真空手套箱中取出球磨料；注如混合原料在球磨過程中已反應完畢，則以下步驟5、6省略。5、裝料將球磨料放入碳管爐的坩堝內；6、熱處理(1)密閉系統當碳管爐內抽到一定真空度時開始加熱，熱處理溫度為800～1050℃，時間為0～1h(如有必要，在到達熱處理溫度前需向爐內通入一定量氮氣)；(2)開放系統向碳管爐內充氬氣(或氮氣)至稍大于1個標準大氣壓，再通流動氬氣(或氮氣)并同時升溫加熱，熱處理溫度為800～1100℃，時間為0～1h；7、提純將球磨或熱處理產物在5～10％的鹽酸中浸泡24h后再過濾；8、干燥烘干提純后的產物粉末；9、過篩將烘干產物粉末過篩得產品。
2、 裝料先將配好的原料裝入球磨罐，再向球磨罐內通入含氮氣體；
3、 機械球磨在高能球磨機上機械球磨原料一段時間；
4、 取料在真空手套箱中取出球磨料；注如混合原料在球磨過程中已反應完畢，則以下步驟5、 6省略。
5、 裝料將球磨料放入碳管爐的坩堝內；
6、 熱處理(1) 密閉系統當碳管爐內抽到一定真空度時開始加熱，熱處理溫度為800 105(TC，時間為0 lh(如有必要，在到達 熱處理溫度前需向爐內通入一定量氮氣)；(2) 開放系統向碳管爐內充氬氣(或氮氣)至稍大于l個標準大氣壓，再通流動氬氣(或氮氣)并同時升溫加熱，熱處理 溫度為800 1100'C,時間為0 lh;
7、 提純將球磨或熱處理產物在5 10%的鹽酸中浸泡2他后再過濾；
8、 干燥烘干提純后的產物粉末；
9、 過篩將烘干產物粉末過篩得產品。
全文摘要
一種碳氮化鈦納米粉的多重激活制備法，以氧化鈦、鈦粉、碳粉為原料，工藝步驟依次為配料、裝料、機械球磨、取料、(裝料)、(熱處理)、提純、干燥、過篩。此法工藝簡單，成本不高，反應溫度較低。通過控制鈦/氧化鈦配比、機械球磨時間、后續熱處理工藝等可以合成各種碳含量的納米碳氮化鈦粉末。用此法制備的碳氮化鈦粉末為球形，分散性較好，平均粒度在100nm以下，純度達99％以上。
文檔編號C01B21/082GK101323464SQ200710049299
公開日2008年12月17日 申請日期2007年6月14日 優先權日2007年6月14日
發明者穎 劉, 葉金文, 向道平, 姍 夏, 涂銘旌, 陳幫橋, 高升吉 申請人:四川大學