一种介孔结构TiC材料的制备方法

文档序号:9341020阅读:314来源:国知局
一种介孔结构TiC材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及介孔材料制备技术领域,具体涉及一种介孔结构TiC材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]TiC的熔点高、硬度高、化学稳定性好,主要用来制造金属陶瓷,耐热合金和硬质合金。用TiC来制备的复相材料在机械加工、冶金矿产、航天领域、聚变堆等领域有着广泛的应用。而纳米级的TiC在磨料、磨具、硬质合金、高温耐腐和耐磨涂层有大量的市场需求,更是一类附加值高的技术产品。目前工业化大规模生产的TiC材料大多为2?5um,市场上急需纳米尺度的TiC材料,因此进行纳米、介孔结构TiC制备的研究具有很重要的现实意义。
[0003]镁热还原法,是一种高效的高温材料合成工艺,在TiC材料合成方面具有独特优势,只需将反应物与镁粉简单机械混合,就能自发地充分反应,最后得到的杂质也能通过酸液浸泡除去,能最大程度上保证介孔结构的完整性。但须改进介孔等分布的均匀性。
[0004]目前用挥发诱导自组装与镁热还原的方法制备介孔结构的TiC材料未见相关文献报道。

【发明内容】

[0005]本发明目的在于制备一种介孔结构的TiC材料,尤其是通过溶液自组装工艺制备介孔TiC材料。
[0006]为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:将钛酸异丙酯TPT、四氯化钛TiC14作为钛源和表面活性剂P123或F127按一定比例溶解到乙醇中成为溶液,溶液在空气中静置挥发诱导自组装;静置2-4天乙醇挥发,钛酸异丙酯、四氯化钛水解生成二氧化钛,得到二氧化钛块体;所述二氧化钛块体在氩气保护下退火使表面活性剂碳化,得到介孔二氧化钛与碳的复合物,碳化温度为700±50°C ;得到的复合物与镁粉混合后,用钢制的密闭容器退火,退火温度700?800°C,进行镁热还原,二氧化钛还原的同时,与碳反应,得到碳化钛;得到的产物最后用IM?2M的盐酸浸泡,除去氧化镁杂质,得到介孔结构的TiC材料;钛酸异丙酯:四氯化钛:表面活性剂的质量比为3-8:1:1.5-3。
[0007]四氯化钛水解呈酸性,调节钛酸异丙酯与四氯化钛的比例能调节溶液的pH值,控制水解生成二氧化钛固体的速度,而控制钛源和表面活性剂的比例,调节最终材料的介孔形,钛酸异丙酯:四氯化钛:表面活性剂(P123)的质量比为5:1.2:2。
[0008]所述溶液用磁子搅拌0.5小时,倒入培养皿中,在室温下,敞口静置,3?4天乙醇完全挥发。
[0009]所述二氧化钛块体从培养皿中刮下,氩气保护下进行退火,使表面活性剂碳化,碳化温度为700 °C。
[0010]将碳化后得到的固体,与镁粉按一定比例混合,固体与镁粉质量比为1:1.2,放入金属罐中,用铜圈密封,在5%氢气95%氩气气氛中(防止样品被氧化),进行退火,退火温度700?800°C,升温速率5°C /分钟,持续3?12小时发生镁热还原反应,使二氧化钛被镁粉还原的同时,钛和碳反应生成碳化钛混合固体和粉末。
[0011]得到的碳化钛混合固体和粉末,倒入IM?2M盐酸溶液中,用玻璃棒搅拌,浸泡过夜,除去氧化镁、镁粉杂质,经过静置沉淀,倒掉上层清液,用去离子水清洗,多次离心得到粉末。
[0012]将得到粉末在鼓风干燥箱中40?80°C干燥,得到最终产物,即为介孔结构的TiC材料。
[0013]通过调节钛酸异丙酯与四氯化钛的质量比,调节挥发诱导自组装溶液的pH值,控制钛源水解速度;钛酸异丙酯与四氯化钛最佳质量比为5:1.2。
[0014]表面活性剂的比例调节介孔的孔容,以及碳的含量;钛酸异丙酯:四氯化钛:表面活性剂(P123)最佳的质量比为5:1.2:2。
[0015]表面活性剂的比例调节介孔的孔容,以及碳的含量。
[0016]本发明的有益效果:1)挥发诱导自组装的方法能得到排列均一,尺寸可控且介孔特别均匀的介孔形貌。2)镁热还原的方法,具有反应稳定可控,杂质容易分离,可以最大程度上保证介孔形貌的保持。
【附图说明】
[0017]图1介孔TiC材料的TEM照片;
[0018]图2介孔TiC材料的XRD图。
【具体实施方式】
[0019]本发明用下列实施例来进一步说明本发明,但本发明的保护范围并不限于下列实施例。
[0020]实施例1,本发明提供了一种介孔结构TiC材料的制备方法。将表面活性剂P123或F127作为软模板,钛酸异丙酯(TPT)或四氯化钛(TiC14)作为钛源,通过乙醇挥发诱导自组装的方法,使表面活性剂胶束自组织排列,形成软模板;钛酸异丙酯或四氯化钛水解形成二氧化钛(Ti02),填充胶束之间的空隙。经过氩气保护退火将表面活性剂碳化。最后利用镁热还原将Ti02还原的同时,与碳反应,得到TiC。最后用HCl浸泡,除去氧化镁等杂质,得到介孔结构的TiC材料。
[0021]将表面活性剂P123或F127作为软模板,钛酸异丙酯(TPT)或四氯化钛(TiC14)作为钛源,通过乙醇挥发诱导自组装的方法,使表面活性剂胶束自组织排列,形成软模板;钛酸异丙酯或四氯化钛水解形成二氧化钛(Ti02),经过氩气保护退火将表面活性剂碳化。最后利用镁热还原将Ti02还原的同时,与碳反应,得到TiC。最后用HCl浸泡,除去氧化镁等杂质,得到介孔结构的TiC材料。
[0022]这种介孔结构TiC的制备方法,具体包括以下步骤:
[0023]I)将钛酸异丙酯(TPT)、四氯化钛(TiC14)和表面活性剂(P123或F127)按一定比例溶解到乙醇中,四氯化钛水解呈酸性,调节钛酸异丙酯与四氯化钛的比例能调节溶液的PH值,控制水解生成二氧化钛固体的速度,而控制钛源和表面活性剂的比例,可以调节最终材料的介孔形貌,以及Ti02与C的质量比,钛酸异丙酯:四氯化钛:表面活性剂(P123)最佳的质量比为5:1.2:2。
[0024]如取Ig P123充分搅拌溶于20ml乙醇中,加入0.6g四氯化钛和2.5g钛酸异丙酯,磁子搅拌0.5小时。
[0025]2)将步骤I中得到的溶液,用磁子搅拌0.5小时,倒入培养皿中,在室温下,敞口静置,直至乙醇完全挥发(3?4天),静置过程中,表面活性剂的胶束,通过乙醇的挥发诱导,乙醇完全挥发,得到固体。发生自组装排列,形成软模板,此时钛源发生水解,得到二氧化钛固体,填充在软模板的空隙内,形成介孔结构。
[0026]3)将步骤2中得到的固体,从培养皿中刮下,氩气保护下进行退火,使表面活性剂碳化,最佳碳化温度为700°C。升温速率2°C /分,持续2小时。
[0027]4)将步骤3中得到的退火后固体,与镁粉按一定比例混合混合(尽量保证镁过量,最佳质量比为1: 1.2),放入金属罐中,用铜圈密封,在5%氢气95%氩气气氛中(防止样品被氧化),进行退火(退火温度700?800°C,升温速率5°C /分钟,持续3?12小时,取12小时)发生镁热还原反应,使二氧化钛被镁粉还原的同时,和碳反应生成碳化钛。
[0028]5)将最后得到的混合物,倒入过量的IM的盐酸中,用玻璃棒搅拌,在通风橱中放过夜。
[0029]6)通过静置,倒去上层清液,以及用离心的方法,用去离子水和乙醇多次清洗。
[0030]7)最后放入鼓风干燥箱,80度烘干,最后得到介孔结构的碳化钛。
[0031]以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明权利要求范围所做的等同变化与修饰,皆应属本发明的涵盖范围。
【主权项】
1.一种介孔结构TiC材料的制备方法,其特征在于步骤包括如下:将钛酸异丙酯TPT、四氯化钛TiC14作为钛源和表面活性剂P123或F127按一定比例溶解到乙醇中成为溶液,溶液在空气中静置挥发诱导自组装;静置2-4天乙醇挥发,钛酸异丙酯、四氯化钛水解生成二氧化钛,得到二氧化钛块体;所述二氧化钛块体在氩气保护下退火使表面活性剂碳化,得到介孔二氧化钛与碳的复合物,碳化温度为700±50°C ;得到的复合物与镁粉混合后,用钢制的密闭容器退火,退火温度700~800°C,进行镁热还原,二氧化钛还原的同时,与碳反应,得到碳化钛;得到的产物最后用1M~2M的盐酸浸泡,除去氧化镁杂质,得到介孔结构的TiC材料;钛酸异丙酯:四氯化钛:表面活性剂的质量比为3-8:1:1.5-3。2.根据权利要求1所述的介孔结构TiC材料的制备方法,其特征在于:四氯化钛水解呈酸性,调节钛酸异丙酯与四氯化钛的比例能调节溶液的PH值,控制水解生成二氧化钛固体的速度,而控制钛源和表面活性剂的比例,调节最终材料的介孔形,钛酸异丙酯:四氯化钛:表面活性剂(P123)的质量比为5: 1.2: 2。3.根据权利要求1所述的介孔结构TiC材料的制备方法,其特征在于:所述溶液用磁子搅拌0.5小时,倒入培养皿中,在室温下,敞口静置,3~4天乙醇完全挥发。4.根据权利要求1所述的介孔结构TiC材料的制备方法,其特征在于:所述二氧化钛块体从培养皿中刮下,氩气保护下进行退火,使表面活性剂碳化,碳化温度为700°C。5.根据权利要求1所述的介孔结构TiC材料的制备方法,其特征在于:将碳化后得到的固体,与镁粉按一定比例混合,固体与镁粉质量比为1: 1.2,放入金属罐中,用铜圈密封,在5%氢气95%氩气气氛中(防止样品被氧化),进行退火,退火温度700~800°C,升温速率50C /分钟,持续3~12小时发生镁热还原反应,使二氧化钛被镁粉还原的同时,钛和碳反应生成碳化钛混合固体和粉末。6.根据权利要求5所述的介孔结构TiC材料的制备方法,其特征在于:得到的碳化钛混合固体和粉末,倒入1M~2M盐酸溶液中,用玻璃棒搅拌,浸泡过夜,除去氧化镁、镁粉杂质,经过静置沉淀,倒掉上层清液,用去离子水清洗,多次离心得到粉末。7.根据权利要求5所述的介孔结构TiC材料的制备方法,其特征在于:将得到粉末在鼓风干燥箱中40~80°C干燥,得到最终产物,即为介孔结构的TiC材料。8.根据权利要求1所述的介孔结构TiC材料的制备方法,其特征在于:通过调节钛酸异丙酯与四氯化钛的质量比,调节挥发诱导自组装溶液的PH值,控制钛源水解速度;钛酸异丙酯与四氯化钛最佳质量比为5: 1.2。9.根据权利要求2所述的介孔结构TiC材料的制备方法,其特征在于:表面活性剂的比例调节介孔的孔容,以及碳的含量。
【专利摘要】一种介孔结构TiC材料的制备方法,将钛酸异丙酯TPT、四氯化钛TiCl4作为钛源和表面活性剂按一定比例溶解到乙醇中成为溶液,溶液在空气中静置挥发诱导自组装;静置2-4天乙醇挥发,钛酸异丙酯、四氯化钛水解生成二氧化钛,得到二氧化钛块体;所述二氧化钛块体在氩气保护下退火使表面活性剂碳化,得到介孔二氧化钛与碳的复合物,碳化温度为700±50℃;得到的复合物与镁粉混合后,用钢制的密闭容器退火,退火温度700~800℃,进行镁热还原,与碳反应得到碳化钛;得到的产物最后用1M~2M的盐酸浸泡,除去氧化镁杂质,得到介孔结构的TiC材料。
【IPC分类】C01B31/30
【公开号】CN105060295
【申请号】CN201510476890
【发明人】林子夏, 郑明波, 施毅, 赵斌, 濮琳
【申请人】南京大学
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年8月6日
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