一种液态烷烃回流包碳制备纳米碳化钛粉体的方法，以廉价的水合二氧化钛为钛源和液态的烷烃混合物（Ｃ↓［１１］－Ｃ↓［１６］）为碳源，工艺步骤依次为备料、回流、干燥、装料、高温热处理、取样。控制原料的回流时间与回流温度，可以制备得到不同碳含量的先驱体粉体，通过不同的热处理工艺可调控有机碳转变为无机碳的碳量，从而制备出高纯纳米碳化钛粉体。用此法制备的碳化钛粉体分散性较好，平均粒度为２０～４０ｎｍ，平均晶粒度为１０～２０ｎｍ。此法工艺简单，成本较低，较一般碳热还原法节约能源，容易实现规模化制备。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于髙温结构陶瓷粉体材料制备领域，具体涉及到以有机碳骨架包覆钛源为先驱体制备TiC陶 瓷纳米粉体的制备方法。
技术介绍
近年来，过渡族金属碳化物由于其重要的科学价值及其潜在的巨大应用前景已引起了研究人员极大的 兴趣，人们竞相的采用不同的思路合成此类碳化物。TiC是过渡金属碳化物中最重要的功能结构材料之一，具有高强度、高硬度、耐高温、耐酸碱、耐磨 损、低逸出功以及良好的导电、导热性等一系列优点，常用来制备TiC基硬质合金或用TiC作增强相的髙 强度、高导电性的金属基复合材料。广泛应用于金属陶瓷、机械加工，冶金矿产，航天航空，微电子等领 域。现阶段，WC是最常用的一种金属碳化物，研究表明TiC在溶点、硬度、抗氧化性等方面都要优于 WC:加之近年来，W资源短缺，使得WC的成本大幅上升，TiC相比WC更有成本优势，这也从侧面推 动了人们对TiC的应用与研究。有关TiC合成与应用的研究近年来备受人们的关注，尤其是使用来源广泛 而且廉价的有机物作为碳源制备本相TiC陶瓷更是研究热点中的热点。目前，从反应机理的角度进行划分，制备TiC的主要方法有以下几种l)碳热还原反应法。以无机 碳粉与二氧化钛粉体为原料的碳热还原反应制备碳化钛的方法是唯一的工业化的方法，该方法采用机械球 磨混料，反应温度一般高达1700"。 2)无机聚合物裂解法。研究采用该方法制备SiC、 BC、 TiN、 TiCN 的较多，对于采用该方法制备TiC的研究尚且处在初期探索阶段。3)单质碳与钛金属直接反应法。使用 该方法制备碳化钛时，原料的成本较髙、产物需进一步球磨分级。4)镁热还原反应法。该方法用液态金 属氣化物与液态镁反应，通过镁还原金属氣化物置换出Ti和C原子，通过放热反应形成TiC,使用该方法 制备碳化钛时，难以获得纯净的产物。5)钙热还原反应法等。在众多制备方法中，Ti02碳热还原反应法具有原料丰富，工艺简单，成本较低等优点而得到了广泛的应 用，最新文献也较多地报道了该方法的一些发展或是对该方法的改进。大量的文献显示，研究人员以碳热 还原反应为制备机理，尝试使用新的廉价的碳源，采用新的混合方式(溶胶凝胶、气态裂解包覆等)制备 碳化钛。由于新的碳源的引入，原料之间的混合方式发生了巨大转变，促使前驱体中钛源与碳源之间的接 触面积显著提髙,从而大幅降低碳热还原反应实际进行的温度,制备出整比的髙纯TiC。例如:Yasuo Gotoha^ K咖aku Fujimura等人(J. Materials Research Bulletin 36 (2001) 2263-2275)以Ti02的溶胶与甲基纤维素溶液 混合干燥制得的复合物为原料，在氩气的保护下，通过碳热还原反应制备TiC。甲基纤维素作用是热解提供碳源，制备TIC (氧的含量0.60 -2,32 wt。/。滩度可降到1300": Yongsoon shin, Xiaohong S.等人(Advanced Materials 16 (2004) 1212-1214)以滤纸作为碳源，TVzor-LA((NH4)2Ti(OH)2(C3H502)2，2.23M in Ti)作为钛源， 通过碳热还原反应制的TiC,制备温度可降至13501C,氧含量可降至0.24%: Koc， Rasit等人(JoumaI of materials science 34 (1999) 3083-3093)以纳米1102粉为原料，通过热分解丙烯((:3}^ )将单质无机C沉积在 Ti02粉末上来增加反应物的接触面积，从而将碳热还原反应温度降低至1300t:。目前，研究较多的，基于碳热还原反应，制备TiC的方法主要有以下两种1.溶胶-凝胶法，通过溶 胶凝胶的混合方式来提供有机碳源与钛源；2.气态碳氢化合物裂解包碳法，通过气态碳氢化合物分子的裂解包碳来提供碳源。以上两种方法都不同程度的存在许多缺陷，例如溶胶-凝胶法，原料较易水解、成本 高、产率低、产物纯度较低，工艺繁琐；气态烷烃裂解包碳法，先驱体不能实现纳米Ti02粒子在单分散状态下包碳，所制备的TiC晶粒偏大、设备要求高、耗能大、产物纯度较低等，因此也就限制了这两种方法在工业上的应用。本专利技术的目的是为了克服上述溶胶-凝胶法和气态烷烃裂解包碳法在碳热还原制备纳米碳化钛时所存在的缺陷，提供一种新的有机碳源和新的混合包覆法制备纳米TiC粉体的方法。本专利技术的基本构思是以液态的烷烃为碳源，水合二氧化钛为钛源，两种原料在一定温度下长时间回 流过程中，利用二氧化钛网链状骨架结构极强的吸附能力，将液态烷烃碳链逐步牢固吸附富集包覆在单分 散纳米二氧化钛颗粒表面或是嵌入到颗粒的网链状骨架结构的层间或是层中，从而实现碳源与钛源充分紧 密接触，进而大幅度地降低碳热还原反应进行的温度，最终制得纳米TiC粉体。
技术实现思路
本专利技术提供了一种新颖的利用液相回流法得到有机碳链包覆的纳米Ti02核壳粉体为先驱体，经后续 不同路径的热处理制得纳米TiC粉体的新方法与新的技术路线。具体来讲本专利技术以水合二氧化钛为钛源，以液态烷烃混合物(C -C16)为碳源，两者经过回流制备得 到垸烃碳链包覆锐钛晶型Ti02粒子的核壳复合先驱体粉体,此先驱体粉体再经后续热处理实现有机碳的充 分的无机化转变与碳热还原反应，最终制备得到纳米TiC粉体。其具体工序步骤如下(1)备料无水乙醇与液态烷烃混合物的体积比4: 1~6: 1，每500ml液态烷烃混合物用25 100g 水合二氧化钛。(1) 回流无水乙醇与水合二氧化钛所形成的悬浮液在40 10(TC下回流l 10h;然后将液态的烷烃 混合物(C -C16)与用乙醉回流后所得的沉淀粉体混合，并在100~250"下回流6 12天，直至 形成深黑色沉淀为止，过滤，得到黑色沉淀物；过滤所得的烷烃滤液经水萃(去除乙醇)，无水 CaCh干燥(除水)后,循环使用。(2) 干燥将承载有黑色沉淀物的髙铝瓷舟或容器放入到密闭的管式气氛炉内，然后通入流动的氩气，时间l 3h,在流动氩气的保护下，升温至80 1加"，保温0.5 2h;然后冷却到室温取出样 品，得到黑色的被烷烃碳链包覆锐钛晶型Ti02粒子的核壳复合先驱体粉体，此时先驱体粉料晶粒 度4^9nm，比表面积巨大(300 400mVg)且具有非材料自身的多孔性结构。(3) 装料将黑色先驱体粉料装入高铝瓷舟或容器内并压紧，放入管式气氛炉内密闭；(4) 高温热处理在氩气气氛或真空条件下，分别可采用以下几种热处理方式，均能得到纳米TiC粉 体。① 两段热处理.将管式炉的刚玉管反应室抽至iJ-0.08 -0.1MPa真空度时通入氩气，装满至稍大于一个标准大气压，再 通入流动氩气，流动时间为l~2h，然后关闭气源，水封出气孔，使刚玉管反应室内处于氩气常压自然保 护状态，然后加热升温至500 抑0TC,保温l 4h:接下来通入髙纯流动氩气，并升温至1200 1500TC, 保温l 4h;然后自然冷却到室温。② 单段静止氩气保护热处理.将管式炉刚玉管反应室内充满氩气至稍大于1个标准大气压，再通流动氩气，时间l~3h，然后关闭 气源，水封出气孔，使刚玉管内处于氩气常压自然保护状态，然后加热升温至1200 150(TC,保温l 4h; 然后本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种纳米ＴｉＣ粉体制备方法，其特征在于包含以下工序步骤：（１）备料：无水乙醇与液态烷烃混合物的体积比４∶１～６∶１，每５００ｍｌ液态烷烃混合物２５～２００ｇ用水合二氧化钛。（２）回流：无水乙醇与水合二氧化钛所形成的悬浮液在４ ０～１００℃下回流１～１０ｈ；然后将液态的烷烃混合物与用乙醇回流后所得的沉淀粉体混合，并在１００～２５０℃下回流６～１２天，直至形成深黑色沉淀为止，过滤，得到黑色沉淀物；过滤所得的烷烃滤液经水萃（去除乙醇），无水ＣａＣｌ↓［２］干燥（除水）后，循环使用。（３）干燥：将承载有黑色沉淀物的高铝瓷舟或容器放入到密闭的管式气氛炉内，然后通入流动的氩气，时间１～３ｈ，在流动氩气的保护下，升温至８０～１２０℃，保温０．５～２ｈ；然后冷却到室温；取出样品，得到黑色的烷烃碳链包覆的锐 钛晶型ＴｉＯ↓［２］先驱体粉体。（４）装料：将黑色先驱体粉料装入高铝瓷舟或容器内并压紧，放入管式气氛炉内密闭。高温热处理：ａ）．在氩气气氛或真空条件下，直接加热升温至１２００～１５００℃，保温１～４ｈ，然后通入氩气直至冷却到 室温。ｂ）．在氩气气氛下，先加热升温至５００～８００℃，保温１～４ｈ，然后加热升温至１２００～１５００℃，保温１～４ｈ，然后通入氩气直至冷却到室温。（５）取样：不同回流条件（回流温度、回流时间）制备的先驱体粉体，途经不同的高温热处理 工艺后，从反应室的瓷舟内取出产物，从而得到纳米ＴｉＣ粉体。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：姚亚东，尹光福，邵伟，李永第，康云清，黄忠兵，廖晓明，刘飞，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]
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