醇热法制备形貌可控的氮化钛工艺制造技术

本发明专利技术为氮化钛材料的制备方法，一种醇热法制备形貌可控的氮化钛工艺。现有技术具有工艺条件苛刻、反应过程不易控制、收率低、产品含有杂质、颗粒形状不规整的缺点。本发明专利技术将０．５－２ｍＬ的钛化合物缓慢滴入１０－６０ｍＬ的醇溶剂中，室温下搅拌１０－３０ｍｉｎ；放入水热釜中，３７３－４４３Ｋ静置陈化０．５－７２ｈ；将上述产物取出、自然冷却至室温，沉淀物用无水乙醇洗涤３－５次；将洗涤后物质放入真空烘箱３７３Ｋ烘干移入焙烧炉中，氮气保护、１５７３Ｋ焙烧；将上述产物冷却至室温制成。本发明专利技术的优点是：工艺简单；产品收率高；纯度高；氮化钛颗粒形状规整；可以制备不同形貌结构的氮化钛。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术为氮化钛材料制备，特别涉及一种醇热法制备形貌可控的氮化钛工艺。
技术介绍
氮化钛的显微硬度为21GPa，熔点2950°C，是一种具有硬度高、熔点高、化学稳定 性好、抗腐蚀性强、抗磨损性和抗氧化性好等特点的新型材料。可用于改善超硬工具的耐磨 性，制造熔融金属坩埚，用于特殊耐热、耐腐蚀、耐磨等环境。氮化钛具有良好的导电性，用 作熔盐电解的电极和电触头等导电材料和较高的超导临界温度的超导材料。氮化钛还具有 良好的催化性能和生物相容性，用作催化剂或催化载体以及生物材料。由于其催化性质、电 性质和光学性质等突出的性能，已经成为纳米科技领域的重要材料。现有的制备氮化钛方法有多种例如碳热还原法；铝热和镁热还原法；化学气相 沉积法(CVD)；自蔓延高温合成法(SHS)；微波辅助燃烧法；快速固相合成法(SSM)；以及 固液交换法、等离子体法、强光粒子束蒸发法、熔融盐电解法、高能球磨法、液氨中火花放电 法；金属钛粉或TiH2粉在N2或NH3气氛下直接氮化法等等。这些方法中有的工艺要求苛刻； 有的反应过程不易控制；有的产物收率低且产品中含有杂质，颗粒形状不规整。制备方法中 碳热还原法由于方法简便、易操作应用最为广泛，是工业化生产金属氮化物最常用的方法 之一。现有的碳热还原法利用TiO2为原料，在碳质还原剂存在的情况下，氮气气氛中高温 焙烧制得氮化钛，合成温度1380 1800°C，反应时间5-20小时。由于合成氮化钛粉体的烧 结温度高以及烧结后颗粒形状不规整，影响和限定了氮化钛材料的广泛应用。因此专利技术一 种合成温度低、操作容易、制备方法简单、氮化钛形貌可控、产品质量好的醇热法制备形貌 可控的氮化钛工艺有着重要的现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种合成温度低、操作容易、制备方法简单、氮化钛形貌可 控、产品质量好的醇热法制备形貌可控的氮化钛工艺。本专利技术的技术方案如下一种醇热法制备形貌可控的氮化钛工艺，步骤如下(1)将0. 5-2mL的钛化合物缓慢滴入10_60mL的醇溶剂中，室温下搅拌10_30min， 加入IOml乙醚；(2)将步骤(1)产物放入水热釜中，373-443K静置陈化0. 5_72h ；(3)将步骤(2)产物取出、自然冷却至室温，沉淀物用无水乙醇洗涤3-5次；(4)将洗涤后物质放入真空烘箱373K烘干；(5)将步骤(4)产物移入焙烧炉中，氮气保护、1573K焙烧；(6)将步骤(5)产物取出，冷却至室温。步骤(1)中的钛化合物为四氯化钛、钛酸四正丁酯、硫酸钛、硫酸氧钛中的一种。步骤(1)中的醇溶剂为乙醇、丙三醇，或乙醇和丙三醇的混合溶剂。本专利技术的要点是通过醇热法结合氮气保护下焙烧，制备形貌可控的氮化钛。通过 改变钛源的种类，醇的种类和醇热时间可以制备不同形貌结构的氮化钛。本专利技术工艺分为三段进行首先，在常温下，配制前驱溶液；然后将前驱溶液转移 到聚四氟乙烯水热釜中，得到的沉淀物进行洗涤干燥处理，控制焙烧时间和温度在氮气保 护下焙烧；最后，冷却至室温即可得到氮化钛。本专利技术的优点是1、工艺简单；2、反应过程容易控制； 3、产物收率高；4、产品纯度高，不含杂质；5、氮化钛颗粒形状规整；6、可以制备不同形貌结构的氮化钛。附图说明图1是未焙烧的TiN前驱样品的SEM图(a)球状结构、(b)核壳结构、(c)花状结 构、(d)片状结构。图2氮气保护下，焙烧得到的TiN样品的SEM图。(a)球状结构、(b)核壳结构、 (c)花状结构、(d)片状结构。图3氮化钛样品的XRD图。(a)球状结构、(b)核壳结构、(c)花状结构、(d)片状结构。具体实施例方式实施例1常温将IOmL的丙三醇(购自中国医药集团上海化学试剂公司)缓 慢滴入20mL无水乙醇溶液中，剧烈搅拌，得到溶液A。取硫酸氧钛(购自Aldrich化学试 剂公司 15% H2SO4溶液)Iml滴入A溶液中并剧烈搅拌，待滴完后继续搅拌 30min得到均勻透明的TiO2溶胶。将IOml乙醚加入到所得到的溶胶中，继续搅拌lOmin，得 溶胶B。将溶胶B转移到50mL水热釜中，保持温度383K，放置lh，取出并自然冷却至室温。 取出沉淀物用乙醇洗涤3次至乙醇无色，抽滤后放入373K烘箱干燥。将获得的TiO2前驱 物，转移到马弗炉中，在氮气保护下，焙烧1573K保持8h。冷却至室温，这样就得到了球状结 构的氮化钛。实施例2常温将IOmL的丙三醇(购自中国医药集团上海化学试剂公司)缓 慢滴入20mL无水乙醇溶液中，剧烈搅拌，得到溶液A。取硫酸氧钛(购自Aldrich化学试 剂公司 15% H2SO4溶液)Iml滴入A溶液中并剧烈搅拌，待滴完后继续搅拌 30min得到均勻透明的TiO2溶胶。将IOml乙醚加入到所得到的溶胶中，继续搅拌lOmin， 得溶胶B。将溶胶B转移到50mL水热釜中，保持温度383K，放置48h，拿出并自然冷却至室 温。取出沉淀物用乙醇洗涤3次至乙醇无色，抽滤后放入373K烘箱干燥。将获得的TiO2前 驱物，转移到马弗炉中，在氮气保护下，焙烧1573K保持8h。冷却至室温，这样就得到了核壳结构的氮化钛。实施例3常温将IOmL的丙三醇(购自中国医药集团上海化学试剂公司)缓 慢滴入20mL无水乙醇溶液中，剧烈搅拌，得到溶液A。取四氯化钛(中国医药集团上海化学 试剂公司) Iml滴入A溶液中并剧烈搅拌，待滴完后继续搅拌30min得到均 勻透明的TiO2溶胶。将IOml乙醚加入到所得到的溶胶中，继续搅拌lOmin，得溶胶B。将 溶胶B转移到50mL水热釜中，保持温度383K，放置48h，拿出并自然冷却至室温。取出沉淀 物用乙醇洗涤3次至乙醇无色，抽滤后放入373K烘箱干燥。将获得的TiO2前驱物，转移到 马弗炉中，在氮气保护下，焙烧1573K保持8h。冷却至室温，这样就得到了花状结构的氮化 钛。 实施例4 常温将IOmL的丙三醇(购自中国医药集团上海化学试剂公司)和 硫酸氧钛(购自Aldrich化学试剂公司 15% H2SO4溶液)Iml混合得A溶液， 并剧烈搅拌30min得到均勻透明的TiO2溶胶。将IOml乙醚加入到所得到的溶胶中，继续 搅拌lOmin，得溶胶B。将溶胶B转移到50mL水热釜中，保持温度383K，放置48h，拿出并自 然冷却至室温。取出沉淀物用乙醇洗涤3次至乙醇无色，抽滤后放入373K烘箱干燥。将获 得的TiO2前驱物，转移到马弗炉中，在氮气保护下，焙烧1573K保持8h。冷却至室温，这样 就得到了片状结构的氮化钛。实施例1、2、3、4制备的氮化钛的结构参数见表1 表1 不同形貌结构氮化钛的结构参数 以上所述仅为本专利技术的优选实施例而已，并不用于限制本专利技术，对于本领域的技 术人员来说，本专利技术可以有各种更改和变化。凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修 改、等同替换、改进等，均应包括在本专利技术的保护范围之内。权利要求一种醇热法制备形貌可控的氮化钛工艺，步骤如下(1)将0.5-2mL的钛化合物缓慢滴入10-60mL的醇溶剂中，室温下搅拌10-30min，加入10ml乙醚；(2)将步骤(1)产物放入水热釜中，373-443K静置陈化0.5-72h；(3)将步骤(2)产物取出、自然冷却至室温，沉淀物用无水乙醇洗涤3-5次；(4)将洗涤后物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种醇热法制备形貌可控的氮化钛工艺，步骤如下：（１）将０．５－２ｍＬ的钛化合物缓慢滴入１０－６０ｍＬ的醇溶剂中，室温下搅拌１０－３０ｍｉｎ，加入１０ｍｌ乙醚；（２）将步骤（１）产物放入水热釜中，３７３－４４３Ｋ静置陈化０．５－７２ｈ；（３）将步骤（２）产物取出、自然冷却至室温，沉淀物用无水乙醇洗涤３－５次；（４）将洗涤后物质放入真空烘箱３７３Ｋ烘干；（５）将步骤（４）产物移入焙烧炉中，氮气保护、１５７３Ｋ焙烧；（６）将步骤（５）产物取出，冷却至室温。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李和兴，卞振锋，朱建，张鹏，
申请(专利权)人：上海师范大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]