本发明属于tic材料技术领域。具体涉及一种致密tic材料及其制备方法。
背景技术：
金属碳化物是新型的非氧化物功能陶瓷，具有熔点高、强度大及耐磨损等优点，如“一种以铬铁渣为主料的板状cr7c3及其制备方法”(cn201510647704.2)专利技术，但制备工艺较复杂或能耗较大。因此，低成本、高性能的碳化物材料的制备直接影响其应用范围。
tic属nacl型面心立方结构，具有熔点高、硬度大和化学稳定性好等特性，广泛应用于金属陶瓷、硬质合金、耐磨材料和高温真空器件等领域。目前，制备tic材料的方法主要为直接碳化法和碳热还原法。
采用直接碳化法制备tic，一般以ti为钛源或辅以其他金属，在惰性气体保护和高温条件下，与炭黑或其他碳源发生碳化反应。采用直接碳化法制备tic，一方面碳化反应的温度较高，能耗大，无疑增大了tic的制备成本；另一方面，在碳化反应过程中往往还需要引入其他添加剂，如ni和co等，进而导致制备tic过程中容易产生新的杂质相，降低了tic的纯度。
采用碳热还原法制备tic，主要以炭黑（或纳米炭黑、树脂等碳源）和tio2为原料，经预混后在一定气氛条件下热处理。采用碳热还原法制备tic，可利用c氧化过程中释放的大量热量而降低还原反应的温度，但难以实现对过量c的精确控制，易导致tio2的还原不够彻底而形成中间相（tio），降低了tic材料的纯度。
技术实现要素：
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单和生产成本低的致密tic材料的制备方法。用该方法所制备致密tic材料纯度高、结晶好和致密化程度优良。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案的具体步骤是：
步骤一、按钛铁渣︰棕刚玉的质量比为100︰(2~5)配料，球磨至粒度≤100μm，得到钛铁渣粉末。
步骤二、按所述钛铁渣粉末︰焦炭粉的质量比为100︰(5~10)配料，混合10~15分钟，得到混合粉末。
步骤三、将所述混合粉末加入真空电弧炉中，在小于0.1pa条件下，升温至1930~2005℃，保温0.5~1小时；除去上层浮渣，随炉冷却至室温，破碎至1~2mm，制得前驱体tic材料。
步骤四、按前驱体tic材料︰盐酸溶液的质量比为1︰(4~7)，向所述前驱体tic材料中加入浓度为1~2mol/l的所述盐酸溶液，搅拌20~30分钟，依次水洗和抽滤4~5次，微波干燥，即得致密tic材料。
所述钛铁渣为冶炼钛铁合金所产生的炉渣，所述钛铁渣的主要化学成分是：al2o3含量为65~75wt%，tio2含量为5~15wt%，cao含量为5~8wt%。
所述棕刚玉的al2o3含量≥96wt%。
所述焦炭粉的粒度≤100μm；所述焦炭粉的c含量≥93wt%。
所述盐酸为分析纯。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
1、本发明以固体废弃物——钛铁渣为主要原料，经碳化反应提取有价组分进而制备tic，不仅能有效利用废弃物资源，且能显著降低致密tic材料的制备成本。
2、本发明利用钛铁渣中杂质组分在高温条件下形成的液相，大大降低了碳化反应的温度，增大碳化反应速率，促进tic材料的结晶，增强了致密tic材料的致密度。
3、本发明利用还原过程中的“固相-液相”分层沉降，隔绝tic与外界环境的接触，提高了致密tic材料的纯度。
本发明制备的致密tic材料经测定：晶粒度为4~7μm；真密度为4.33~4.38g/cm3；气孔率为0.2~0.7%。
因此，本发明具有工艺简单和生产成本低的特点，用该方法制备的致密tic材料纯度高、结晶好和致密化程度优良。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制：
为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的原料统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述钛铁渣为冶炼钛铁合金所产生的炉渣，所述钛铁渣的主要化学成分是：al2o3含量为65~75wt%，tio2含量为5~15wt%，cao含量为5~8wt%。
所述棕刚玉的al2o3含量≥96wt%。
所述焦炭粉的粒度≤100μm；所述焦炭粉的c含量≥93wt%。
所述盐酸为分析纯。
实施例1
一种致密tic材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是：
步骤一、按钛铁渣︰棕刚玉的质量比为100︰(2~4)配料，球磨至粒度≤100μm，得到钛铁渣粉末。
步骤二、按所述钛铁渣粉末︰焦炭粉的质量比为100︰(5~7)配料，混合10~15分钟，得到混合粉末。
步骤三、将所述混合粉末加入真空电弧炉中，在小于0.1pa条件下，升温至1930~1960℃，保温0.5~1小时；除去上层浮渣，随炉冷却至室温，破碎至1~2mm，制得前驱体tic材料。
步骤四、按前驱体tic材料︰盐酸溶液的质量比为1︰(4~6)，向所述前驱体tic材料中加入浓度为1~2mol/l的所述盐酸溶液，搅拌20~30分钟，依次水洗和抽滤4~5次，微波干燥，即得致密tic材料。
本实施例制备的致密tic材料经测定：晶粒度为4~6μm；真密度为4.33~4.35g/cm3；气孔率为0.2~0.4%。
实施例2
一种致密tic材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是：
步骤一、按钛铁渣︰棕刚玉的质量比为100︰(2~4)配料，球磨至粒度≤100μm，得到钛铁渣粉末。
步骤二、按所述钛铁渣粉末︰焦炭粉的质量比为100︰(6~8)配料，混合10~15分钟，得到混合粉末。
步骤三、将所述混合粉末加入真空电弧炉中，在小于0.1pa条件下，升温至1945~1975℃，保温0.5~1小时；除去上层浮渣，随炉冷却至室温，破碎至1~2mm，制得前驱体tic材料。
步骤四、按前驱体tic材料︰盐酸溶液的质量比为1︰(4~6)，向所述前驱体tic材料中加入浓度为1~2mol/l的所述盐酸溶液，搅拌20~30分钟，依次水洗和抽滤4~5次，微波干燥，即得致密tic材料。
本实施例制备的致密tic材料经测定：晶粒度为4~6μm；真密度为4.34~4.36g/cm3；气孔率为0.3~0.5%。
实施例3
一种致密tic材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是：
步骤一、按钛铁渣︰棕刚玉的质量比为100︰(3~5)配料，球磨至粒度≤100μm，得到钛铁渣粉末。
步骤二、按所述钛铁渣粉末︰焦炭粉的质量比为100︰(7~9)配料，混合10~15分钟，得到混合粉末。
步骤三、将所述混合粉末加入真空电弧炉中，在小于0.1pa条件下，升温至1960~1990℃，保温0.5~1小时；除去上层浮渣，随炉冷却至室温，破碎至1~2mm，制得前驱体tic材料。
步骤四、按前驱体tic材料︰盐酸溶液的质量比为1︰(5~7)，向所述前驱体tic材料中加入浓度为1~2mol/l的所述盐酸溶液，搅拌20~30分钟，依次水洗和抽滤4~5次，微波干燥，即得致密tic材料。
本实施例制备的致密tic材料经测定：晶粒度为5~7μm；真密度为4.35~4.37g/cm3；气孔率为0.4~0.6%。
实施例4
一种致密tic材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是：
步骤一、按钛铁渣︰棕刚玉的质量比为100︰(3~5)配料，球磨至粒度≤100μm，得到钛铁渣粉末。
步骤二、按所述钛铁渣粉末︰焦炭粉的质量比为100︰(8~10)配料，混合10~15分钟，得到混合粉末。
步骤三、将所述混合粉末加入真空电弧炉中，在小于0.1pa条件下，升温至1975~2005℃，保温0.5~1小时；除去上层浮渣，随炉冷却至室温，破碎至1~2mm，制得前驱体tic材料。
步骤四、按前驱体tic材料︰盐酸溶液的质量比为1︰(5~7)，向所述前驱体tic材料中加入浓度为1~2mol/l的所述盐酸溶液，搅拌20~30分钟，依次水洗和抽滤4~5次，微波干燥，即得致密tic材料。
本实施例制备的致密tic材料经测定：晶粒度为5~7μm；真密度为4.36~4.38g/cm3；气孔率为0.5~0.7%。
由于采用上述技术方案，本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
1、本具体实施方式以固体废弃物——钛铁渣为主要原料，经碳化反应提取有价组分进而制备tic，不仅能有效利用废弃物资源，且能显著降低致密tic材料的制备成本。
2、本具体实施方式利用钛铁渣中杂质组分在高温条件下形成的液相，大大降低了碳化反应的温度，增大碳化反应速率，促进tic材料的结晶，增强了致密tic材料的致密度。
3、本具体实施方式利用还原过程中的“固相-液相”分层沉降，隔绝tic与外界环境的接触，提高了致密tic材料的纯度。
本具体实施方式制备的致密tic材料经测定：晶粒度为4~7μm；真密度为4.33~4.38g/cm3；气孔率为0.2~0.7%。
因此，本具体实施方式具有工艺简单和生产成本低的特点，用该方法制备的致密tic材料纯度高、结晶好和致密化程度优良。