碳化钛的制备方法技术

本发明专利技术披露使用颜料组合物制备碳化钛的方法，该颜料组合物包括至少一种含钛化合物和含碳化合物和／或单质碳，该颜料组合物在激光照射下反应，从而形成ＴｉＣ。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及碳化钛(TiC)的制备方法和基于TiC制备的特殊标记方法。
技术介绍
碳化钛是非氧化物陶瓷材料中的一种。非氧化物陶瓷材料的特征在于共价键合分量较高而离子键合分量较低，并且与硅酸盐陶瓷材料和氧化物陶瓷材料相比，具有高的化学稳定性和热稳定性。工业用碳化钛包含约19.5wt%的键合碳和至多0.5wt%的未键合碳(称为游离碳(clear carbon))。 符合化学计量比的理论碳含量为20.05wt%。 碳化钛化合物(TiC)的性质如下 颜色金属灰色 熔点3157°C 密度4.93g/cm3 晶体结构立方，所有八面体间隙被填满时具有最紧密的球体堆积，如图l所示。碳化钛特别具有以下性质/优势-较高的硬度，因而耐磨损-极高的耐热性-耐腐蚀性-良好的生物相容性-铁电性-低的热导率(具有高的碳含量)-超导电性-耐冷酸和碱 碳化钛为硬质、脆性物质，其类似于钛并存在于含钛的铸铁中。碳化钛由莫瓦桑(Moissan)在电炉中首次制得，目前在工业上通过使用炭黑或超纯石墨还原Ti02(Ti02+3C => TiC+2CO)来获得。 此外，已知通过气相沉积(化学或物理气相沉积)制备TiC层，例如由TiCl4与H2和CH4的混合物或者由四(新戊基)钛进行沉积。 除碳化钨以外，TiC是工业上最重要的碳化物，其作为硬质材料用于制造金属陶瓷和硬质金属如榍石，例如用于钢表面的硬化、防腐蚀涂层，以及在核工业中用于提高不锈钢的强度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供制备碳化钛的方法，该方法允许用碳化钛层有目的地涂覆基材。4 通过以下方法实现该目的，该方法是使用颜料组合物制备碳化钛(TiC)的方法，所述颜料组合物包括至少一种钛供体和碳供体，其中所述颜料组合物受到激光照射并在激光照射下反应，从而形成TiC。相关技术方案还包括标记方法。优选实施方式和进一步改进构成本专利技术的其它的主题。 因而，本专利技术提供使用颜料组合物(pigment formulation)制备碳化钛的方法。颜料组合物包括至少一种钛供体和碳供体。设计纯钛或者含钛化合物作为钛供体，含钛化合物具有在能量作用下无论何种情况在短时间内作为反应物提供自由钛的亲合力。在适当的情况下，还可经由含钛中间体提供自由钛。与之相对，碳供体特别是在能量辐射下提供自由碳。碳供体可以是含碳化合物和/或可以是游离的、未键合的碳。另外，颜料组合物还可包含其他组分，例如聚合物、吸收剂等。借助于激光器照射颜料组合物，来形成碳化钛。作为激光照射的结果，由于例如含钛化合物和含碳化合物的分解而产生钛和碳，并形成TiC。 在优选实施方案中，通过直接沉积在将要涂覆的基材上，来形成碳化钛。具体地，这通过在激光照射之前使颜料化合物接触基材来实现。 在一种优选实施方案中，颜料组合物为聚合物基体形式，该聚合物基体至少包含钛供体和碳供体。在这种情况下碳供体可由聚合物基体本身提供，但还可提供例如炭黑形式的额外碳组分。对聚合物基体进行设计，使得聚合物基体在激光照射的作用下主要表现为粉碎，由此，各组分，更具体而言，Ti和C释放出来并可进行反应而形成TiC。另外，提供浓度足够高的自由碳，这些碳插入TiC，由此可以以所需的方式影响TiC的着色强度(color intensity)。 优选对于脆性材料，实现激光引发的粉碎。结合等离子体，提供足够高的输出，形成气相毛细管(vapor capillary)。由于毛细管作用，吸附明显达到较高值，因而激光照射能够更深地穿透到材料中，并且在热感应区周围能够使塑性材料以粒子形式猛烈地从基体中脱出。可优选利用这种效应制备传导材料(transfermaterial),以毛细管作为反应物空间，所得的粉末作为钛供体和碳供体进行反应来合成碳化钛。用于本专利技术的聚合物基体是基于聚合物成分的任意基体。除了聚合物成分以外，基体还可包含任意所需的非聚合物成分，只要主成分本质上为聚合体即可。具体地，术语"聚合物基体"还可以指聚合物粉末混合物。在特别优选的实施方案中，聚合物基体为热固性聚合物基体。已证实特别是热固性材料尤其适于实现粉碎。与之相对，特别是热塑性材料和弹性材料在激光照射时趋于熔融，这是因为较多的激光能被吸收，而不能够通过热传导传输出去。局部过热以液化形式发生，或甚至在临界强度以上，聚合物材料蒸发。然而，对于基材的持久性标记，熔体仅仅具有有限的适用性。 根据本专利技术的第一优选实施方案，所使用的钛供体是二氧化钛，优选为金红石结构。由专业文献可知，金红石结构是二氧化钛的四种多晶型体之一。金红石结构的二氧化钛颜料的折射率n为2.75，甚至吸收波长在430nm附近的可见光。金红石结构的二氧化钛颜料的硬度为6-7。 在另一优选实施方案中，颜料组合物包含炭黑或石墨，以用于制备合成碳化钛所需的自由碳。利用能量辐射，特别是利用激光照射，使炭黑分解，由此形成自由碳。另外，自由碳还可来源于经受能量作用特别是激光照射而分解、蒸发、氧化、解聚和/或热解的聚合物基体。 优选使用pH值为6-8的中性炭黑。考虑到简化处理和免除使用酸性或碱性物质进行操作时的特殊安全步骤，这是特别优选的。具有优选适用性的主要为热解炭黑、乙炔黑和灯黑。特别优选灯黑。灯黑的pH值通常为7-8，热解炭黑的pH值为7-9，乙炔黑的pH值为5-8。炉黑的pH值通常为9-11，即具有强碱性。氧化气黑的pH值通常为2.5-6，即为酸性。然而，原则上不排除使用这种酸性或碱性炭黑。 所述颜料黑具有优异的耐化学腐蚀性并以高度的耐光性和耐候性而著称。由于极深的颜色和极高的着色强度以及其他特殊性质，颜料黑是最常使用的黑色颜料。工业上通过烃的热氧化或热分解，制造颜料黑。几乎仅仅通过由文献已知的炉黑法、Degussa气黑法或灯黑法，制造颜料黑。 根据本专利技术的另一优选实施方案，聚合物基体为辐射固化型聚合物基体。该聚合物基体优选由清漆构成，更特别是固化清漆，优选辐射固化清漆，特别优选电子束固化脂族、双官能团聚氨酯丙烯酸酯清漆。在一种替换性实施方案中，聚合物基体由聚酯丙烯酸酯构成。 在优选实施方案中，规定颜料组合物不含在能量辐射下熔融的塑性材料，特别是也不含其他熔融材料。因而， 一方面，可非常容易地保持产物的结构，另一方面，划线标记不会受到塑性材料或其他材料熔融的不利影响。另外，对于本专利技术的颜料组合物，还可不含玻璃料成分。令人惊奇地发现，在不含玻璃料的情况下，特别是在玻璃上，仍实现了标记的持久粘结。 原则上存在四种类型的清漆，所述清漆在具有足够稳定性的条件下可优选用于聚合物基体，例如酸固化醇酸-三聚氰胺树脂、加成交联(addition-crosslinking)聚氨酯、自由基固化苯乙烯清漆等。然而，特别优选的是辐射固化清漆，这是因为辐射固化清漆固化极为迅速，而无需长时间蒸发溶剂或受热。例如A.VranckenCFarbeundLack83，3(1977)171)对这种清漆进行了描述。 根据本专利技术一种特别优选的实施方案，颜料组合物具有以下组成 100phr 聚合物基体，更具体地，辐射固化脂族、双官能团聚 氨酯丙烯酸酯， 0.2phr 2.5phr 炭黑，禾口 45phr 65phr 二氧化钛 此处"phr"表示"份/100份树脂"，聚合物工业中常用的单位，用于表征混合物的组成，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
使用颜料组合物制备碳化钛（ＴｉＣ）的方法，所述颜料组合物包括至少一种钛供体和碳供体，其中所述颜料组合物受到激光照射并在激光照射下反应，从而形成ＴｉＣ。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：阿恩库普斯，斯文雷特，乔切恩斯特尔，
申请(专利权)人：蒂萨公司，
类型：发明
国别省市：DE[]