本发明专利技术属于高性能无机粉体材料的制造工艺领域，涉及一种碳化钛超微粉体的制备方法。本方法采用机械力活化辅助微波法合成碳化钛超微粉体。以粒径大于纳米级的二氧化钛粉体与炭黑为原料，经适当的机械力活化后，然后在氩气保护条件下采取微波固相合成法合成出纳米级或亚微米级的等轴晶状碳化钛颗粒。本发明专利技术使得非纳米级的二氧化钛（TiO2）原料适用于微波法合成碳化钛（TiC），具有原料廉价易得，工艺简单，可有效缩短大颗粒原料微波合成碳化钛的合成时间，提高合成效率，易于规模化生产的优点，且制备出的碳化钛为粒径50nm～200nm的纳米级或亚微米级颗粒，晶型较完整，纯度可达98%以上。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高性能无机粉体材料的制造工艺领域，尤其涉及一种以粒径为亚微米级及以上的二氧化钛为原料经机械力活化后微波合成碳化钛的方法。
技术介绍
碳化钛（TiC）是一种重要的无机非金属材料，具有熔点高（3140℃±90℃）、硬度大、弹性模量大、耐腐蚀性能好，同时还具有良好的导电导热性能，因而其主要用于制备金属陶瓷、硬质合金、研磨剂、耐磨涂层和电弧熔融电极等，其应用涉及机械加工、表面工程、粉末冶金和电子工业等多个领域。其工业合成方法主要为碳热还原法（Acheson法），除此之外碳化钛微粉的合成方法主要有自蔓延高温合成法（SHS）、机械合金化法、微波合成法、化学气相沉积法（CVD）、溶胶—凝胶法、镁热还原法、熔融金属浴合成法以及等离子体法等。碳热还原法生产TiC粉末通常在较高的反应温度（1700℃～2100℃）和较长的反应时间（10h～24h）条件下进行。反应温度较高、效率较低。自蔓延高温合成（SHS）法以单质Ti和C为原料，经压块、引燃反应过程合成TiC粉体。SHS合成TiC生产效率较高，适合批量生产，并能得到纯度较高的产品。但是，SHS制备的TiC粒度较大，无法达到商品所要求的粒度大小。化学气相沉积（CVD）法通常是在气氛保护或者真空环境下，利用TiCl4、H2和C之间的反应合成TiC粉末。采用CVD法可以合成出高纯度的纳米TiC粉末，但生产设备复杂，生产成本较高，且其产量受到限制。溶胶—凝胶法是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，再经过干燥烧结制备化合物的方法。溶胶凝胶法虽然能制得均匀性好的粉末，但工艺复杂，干燥收缩大，实现工业生产较困难。镁热还原制备碳化钛的方法的优点是制备温度较低，在900℃～1100℃，但是镁的引入使得合成工艺更加烦杂，影响了碳化钛的纯度。机械合金化法合成TiC粉末是利用Ti粉和C粉在高速球磨过程中发生化学反应而生成TiC，此外也有研究表明添加反应助剂后球磨TiO2-C(石墨)可以得到TiC粉。其工艺过程简单，成本较低，且在常温下可制备出颗粒分布更均匀、粒度更细小的TiC粉末，但采用该法合成的产物中会有未反应的Ti粉和C粉存在，从而导致TiC产物的纯度不高、合成效率较低、产物晶型不完整，另外由于反应时间太长、球料比过大还会带入磨介杂质。微波合成法可分为两类。一是直接使用金属钛粉与石墨（或炭黑）在微波下合成碳化钛，该方法合成TiC时，所用原材料金属钛粉的价格昂贵；二是如专利CN1348919所述的微波加热下的碳热还原法，采用纳米TiO2和乙炔炭黑为原料，经烘干后按照料：锆球子：无水乙醇=1：1~5：3~6的质量比球磨混合均匀，烘干后微波合成TiC。这种合成方法的效率受到原料TiO2颗粒直径的严重制约。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改进现有微波碳热还原合成TiC时受原料粒径的限制和现有机械力化学法合成TiC时研磨时间长、产品质量降低等不足而提供的一种软机械力化学辅助微波合成碳化钛的方法。本专利技术采用粒径大于纳米级的二氧化钛粉体与炭黑为原料，经适当的机械力活化后，然后在惰性气体保护条件下通过微波固相合成法合成出纳米级或亚微米级的等轴晶状碳化钛颗粒。所用原料廉价易得，工艺简单，可有效缩短大颗粒原料微波合成碳化钛的合成时间，提高合成效率，易于规模化生产，且制备出的碳化钛颗粒粒径范围为50nm～200nm，晶型较完整，纯度可达98%以上。本专利技术通过以下技术方案实现：一种软机械力化学辅助微波合成碳化钛的方法，其特征在于，包括如下步骤：a.以二氧化钛和炭黑为原料按照摩尔比1:3配料，置混合设备中，加入聚氨酯钢球混合均匀；b.使用球磨机机械力活化混合料；c.将活化后的混合料置微波烧结炉内，抽真空，然后通入惰性气体，在惰性气体保护下微波加热活化后的混合料，合成TiC。其中，步骤a中所述原料二氧化钛为粒径范围为200nm～10µm的较大颗粒；所述混合过程中，钢球：料的质量比为3:1～6:1，混合时间为20min～40min；加入聚氨酯钢球，有利于防止物料粘结，提高混合效率，且有一定的研磨作用。优选的，所述混合设备为三维混料机，钢球：料的质量比为4:1，混合时间为30min。采用三维混料机混合效果更好，效率更高，有利于提高合成收率。步骤b中所述球磨机机械力活化过程中，钢球：料的质量比为10:1～30:1，球磨时间为2h～10h。优选的，钢球：料的质量比为15:1～25:1，球磨时间为3h～6h。步骤c中所述的将活化后的混合料置微波烧结炉内，抽真空，然后通入惰性气体，是在微波加热前将微波烧结炉内抽真空至0.085MPa后通入惰性气体至1个大气压；所述的隋性气体优选为氩气；所述的微波加热合成碳化钛时的加热温度为1200℃～1300℃，保温时间为10min～30min。制备出的碳化钛颗粒为纳米级或亚微米级（粒径范围为50nm～200nm），纯度可达98%以上。本专利技术与现有技术相比，具备如下有益效果。1.本专利技术以粒径大于纳米级的二氧化钛粉体与炭黑为原料，使得非纳米级的TiO2原料适用于微波法合成TiC，且制备出的碳化钛颗粒为纳米级或亚微米级，产品品质与采用纳米级TiO2时相似，使TiC的制备不受原料TiO2颗粒粒径的制约。2.本专利技术在预制二氧化钛和炭黑混合粉过程中不需要液态介质，可免去对混合料的烘干过程。3.本专利技术反应时间短，球料比小，避免了长时间反应或过大球料比造成的杂质引入，可以制备出晶型较完整，纯度较高的TiC粉体。4.本专利技术工艺简单，原料廉价易得，易于规模化生产。5.按本技术方案生产的产品样品，经X射线衍射分析（X-raydiffraction，简称XRD）及扫描电镜观察，证明采用本专利技术技术方案，生产的TiC粉体，能够达到预期的技术效果，具体见附图。附图说明图1为由实施例1得到的碳化钛的XRD图(1a)和扫描电镜图片(1b)；图2为由实施例2得到的碳化钛的XRD图(2a)和扫描电镜图片(2b)；图3为由实施例3得到的碳化钛的XRD图(3a)和扫描电镜图片(3b)。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术的技术方案做进一步说明。实施例1取粒径为400nm二氧化钛和炭黑（比表面积为75m2/g～89m2/g）烘干后按摩尔比1:3称重，按质量比4:1的球料比（聚氨酯钢球：混合粉）在三维混料机中高速混合30min。按质量比15:1的球料比（钢球：混合粉）取料，在不锈钢罐中机械球磨6小时，至TiO2晶型减弱乃至非晶化。将机械力活化后的混合料称取20g装入刚玉坩埚，放入微波烧结炉内，抽真空至0.085MPa后通入氩气至1个大气压，微波加热至1200℃保温30min完成TiC的合成。图1a是微波加热温度为1200℃，保温30min时产物的X射线衍射图（XRD），证明产物为碳化钛（PDF卡号65-8808）。图1b是碳化钛的扫描电镜照片，碳化钛粉体的尺寸为100nm~200nm。实施例2取粒径为400nm二氧化钛和炭黑（比表面积为75m2/g～89m2/g）烘干后按摩尔比1:3称重，按质量比4:1的球料比（聚氨酯钢球：混合粉）在三维混料机中高速混合30min。按质量比20:1的球料比（钢球：混合粉）取料，在不锈钢罐中机械球磨4小时，至TiO2晶型减本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种软机械力化学辅助微波合成碳化钛的方法，其特征在于，包括如下步骤：a. 以二氧化钛和炭黑为原料按照摩尔比1:3配料，置混合设备中，加入聚氨酯钢球混合均匀；b. 使用球磨机机械力活化混合料；c. 将活化后的混合料置微波烧结炉内，抽真空，然后通入惰性气体，在惰性气体保护下微波加热活化后的混合料，合成TiC。
【技术特征摘要】
1.一种软机械力化学辅助微波合成碳化钛的方法，其特征在于，包括如下步骤：a.以二氧化钛和炭黑为原料按照摩尔比1:3配料，置混合设备中，加入聚氨酯钢球混合均匀；b.使用球磨机机械力活化混合料；c.将活化后的混合料置微波烧结炉内，抽真空，然后通入惰性气体，在惰性气体保护下微波加热活化后的混合料，合成TiC。2.根据权利要求1所述的一种软机械力化学辅助微波合成碳化钛的方法，其特征在于步骤a中所述原料二氧化钛粒径范围为200nm～10µm。3.根据权利要求1所述的一种软机械力化学辅助微波合成碳化钛的方法，其特征在于步骤a中所述混合过程中，钢球:料的质量比为3:1～6:1，混合时间为20min～40min。4.根据权利要求3所述的一种软机械力化学辅助微波合成碳化钛的方法，其特征在于步骤a中所述混合设备为三维混料机，钢球:料的质量比为4:1，混合时间为30min。5.根据权利要求1所述的一种软机械力化学辅助微波合成碳化钛的方法，其特征在于步骤b中所述球磨机机械力活化过...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆有军，袁振侠，高杰，吴澜尔，江涌，
申请(专利权)人：北方民族大学，
类型：发明
国别省市：宁夏;64
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