耐侵蚀碳化铌钛涂层、耐侵蚀碳化硅容器及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种碳化铌钛耐侵蚀涂层，化学组成包括碳化铌和碳化钛。所述化学组成的碳化铌钛耐侵蚀涂层能够有效防止熔融氟化物

【技术实现步骤摘要】
耐侵蚀碳化铌钛涂层、耐侵蚀碳化硅容器及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及耐侵蚀材料
，尤其涉及一种耐侵蚀碳化铌钛涂层、耐侵蚀碳化硅容器及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]白云鄂博矿是举世闻名的铁、铌、稀土共伴生矿床，相比较其他矿物，白云鄂博矿含有约20％的萤石，这些氟化物的存在对高温实验时的耐侵蚀材料提出了更高的要求。由于氟化物的存在，现有的高温陶瓷材料很难满足长时间工作的要求。随着近年来碳达峰碳中和的要求，电化学清洁冶金已经在白云鄂博矿物直接提取金属上得到了应用。在电化学提取白云鄂博矿物中的金属时，由于高温氧化物
‑
氟化物体系的存在，坩埚材料需要满足耐高温、耐电化学侵蚀、耐氟化物侵蚀、耐氧化物侵蚀、电惰性、可加工性能好等要求，但是目前能够在高温氧化物
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氟化物体系电化学冶金时长时间使用的耐侵蚀坩埚材料非常有限，
[0003]目前，性质优良的高温陶瓷材料，例如氧化锆、氮化硅、氮化硼、碳化硅等材料常被用作高温熔体实验的坩埚材料，但当高温熔体中含有卤化物，特别是含有氟化物时，这些高温陶瓷材料很难长时间保持高温化学惰性。同时白云鄂博矿中又有含铁、铌、钛等组成的矿物，这些矿物高温时易于这些高温陶瓷材料反应。目前常用的高温陶瓷材料都会与熔体发生反应，造成化学侵蚀或热侵蚀，目前还未见在白云矿为电解质进行金属铁、铌、钛的提取时合适电解槽材料的报道。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供一种耐侵蚀碳化铌钛涂层、耐侵蚀碳化硅容器及其制备方法和应用，本专利技术提供的耐侵蚀碳化铌钛涂层能够耐高温氧化物
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氟化物体系的长时间高温侵蚀，具体的能够在1800℃以下的高温条件下，耐氧化物
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氟化物体系的长时间高温侵蚀和化学侵蚀。
[0005]本专利技术提供了一种碳化铌钛耐侵蚀涂层，化学组成包括碳化铌和碳化钛。
[0006]优选的，所述碳化铌钛耐侵蚀涂层的厚度为40～150μm。
[0007]本专利技术提供了一种耐侵蚀碳化硅容器，包括碳化硅容器基体和吸附在所述碳化硅容器基体内表面的碳化铌钛耐侵蚀涂层，所述碳化铌钛耐侵蚀涂层上述技术方案所述的碳化铌钛耐侵蚀涂层。
[0008]优选的，所述碳化硅容器基体为碳化硅电解槽。
[0009]本专利技术提供了制备上述技术方案所述碳化铌钛耐侵蚀涂层的原料，包括以下质量百分含量的组分：
[0010]5～30％的CaO、10～50％的SiO2、5～40％的CaF2、0～20％的CeO2、2.5～25％的TiO2、2.5～25％的Nb2O5和2.5～25％的Fe2O3。
[0011]本专利技术提供了上述技术方案所述碳化铌钛耐侵蚀涂层或上述技术方案所述耐侵
蚀碳化硅容器的制备方法，包括以下步骤：
[0012]将上述技术方案所述原料置于碳化硅容器基体内；
[0013]在保护气氛中，将放有所述原料的碳化硅容器加热升温后保温，所述升温和保温的过程中，所述原料变为液相与所述碳化硅坩埚的内表面接触发生反应，在所述碳化硅容器基体内原位高温反应形成碳化铌钛耐侵蚀涂层，所述保温的温度为1300～1800℃。
[0014]优选的，所述加热升温包括连续升温或分段升温，所述连续升温的升温速率为1～50℃/min；
[0015]所述分段升温包括以下步骤：
[0016]以第一升温速率升温至中间温度，所述第一升温速率为1～50℃/min，所述中间温度为500～1300℃；
[0017]以第二升温速率由所述中间温度升温至保温温度，所述第二升温速率为1～50℃/min，所述保温温度为1300～1800℃。
[0018]优选的，所述保温的时间为12～48h。
[0019]优选的，所述保温后还包括：将保温得到的碳化硅容器冷却后倒置，重复所述加热升温和保温。
[0020]本专利技术提供了上述技术方案所述耐侵蚀碳化硅容器在耐熔融氟化物
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氧化物侵蚀中的应用。
[0021]本专利技术提供了一种碳化铌钛耐侵蚀涂层，化学组成包括碳化铌和碳化钛。所述化学组成的碳化铌钛耐侵蚀涂层能够有效防止熔融氟化物
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氧化物造成侵蚀，相比于没有耐侵蚀保护层的材料，在1400～1800℃范围内碳化铌
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碳化钛为固态，在用于碳化硅电解槽表面时，能够有效防止电解质与碳化硅电解槽接触造成侵蚀进而影响电解提取金属的过程。该碳化铌钛耐侵蚀涂层用于电解槽时，能够减少电解质中的Fe2O3、Nb2O5、TiO2与电解槽基体材料发生反应造成化学侵蚀，也能阻止电解质中的O2‑
、F
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对电解槽基体材料造成的热侵蚀，能够有效保障电解提取金属的顺利进行。
[0022]本专利技术还提供了制备所述碳化铌钛耐侵蚀层的原料和制备方法，所述原料包括CaO、SiO2、CaF2、CeO2、TiO2、Nb2O5和Fe2O3，以所述原料制备耐侵蚀层时，以碳化硅容器为基体，将原料加入到碳化硅容器中，通过升高温度使原料变为液相与碳化硅容器接触并发生反应，碳化钛对碳化铌和碳化硅具有较强的溶解度，在液相原料与碳化硅容器接触后生成的碳化铌
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碳化钛吸附在碳化硅容器内表面，从而形成包括碳化铌和碳化钛的耐侵蚀层。
[0023]本专利技术提供的制备方法使用碳化硅材质的容器作为基体，加工性好，在容器内表面原位制备的碳化铌钛耐侵蚀层，不受容器形状的影响，且制备耐侵蚀层的工艺简单、操作简便、耐侵蚀层形貌容易控制。
[0024]进一步的，本专利技术提供的方法增加反应时间能够增加侵蚀层厚度；增加原料中的TiO2、Nb2O5、Fe2O3(<17.5wt％)的含量，能够提高侵蚀层的致密性，进一步提高了耐侵蚀效果。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域
普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0026]图1为本专利技术实施例提供的耐侵蚀碳化硅电解槽应用示意图；
[0027]图2为本专利技术实施例原位高温反应制备耐侵蚀层的加热示意图；
[0028]图3为本专利技术实施例原位高温反应制备耐侵蚀层的盐去除示意图；
[0029]图4为本专利技术实施例制备得到的耐侵蚀碳化硅电解槽截面的扫描电镜图；
[0030]图5为本专利技术实施例制备得到的碳化铌钛耐侵蚀层的成分图；
[0031]图6为本专利技术比较例1制备得到的碳化钛侵蚀保护层的扫描电镜图；
[0032]图7为本专利技术比较例1制备得到的碳化钛侵蚀保护层的成分图；
[0033]图8为本专利技术比较例2制备得到的碳化铌侵蚀保护层的扫描电镜图；
[0034]图9为本专利技术比较例2制备得到的碳化铌侵蚀保护层的成分图；
[0035]图10为本专利技术比较例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化铌钛耐侵蚀涂层，化学组成包括碳化铌和碳化钛。2.根据权利要求1所述的碳化铌钛耐侵蚀涂层，其特征在于，所述碳化铌钛耐侵蚀涂层的厚度为40～150μm。3.耐侵蚀碳化硅容器，包括碳化硅容器基体和吸附在所述碳化硅容器基体内表面的碳化铌钛耐侵蚀涂层，所述碳化铌钛耐侵蚀涂层为权利要求1或2所述的碳化铌钛耐侵蚀涂层。4.根据权利要求3所述的耐侵蚀碳化硅容器，其特征在于，所述碳化硅容器基体为碳化硅电解槽。5.制备权利要求1或2所述碳化铌钛耐侵蚀涂层的原料，包括以下质量百分含量的组分：5～30％的CaO、10～50％的SiO2、5～40％的CaF2、0～20％的CeO2、2.5～25％的TiO2、2.5～25％的Nb2O5和2.5～25％的Fe2O3。6.权利要求1或2所述碳化铌钛耐侵蚀涂层或权利要求3所述耐侵蚀碳化硅容器的制备方法，包括以下步骤：将权利要求5所述原料置于碳化硅容器基体内；在保护气氛中，将放有所述原料的碳化硅容器加热升温后保温，所述升温和...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨育圣，赵增武，赵冉，张曙岩，王拓尧，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：发明
国别省市：