专利名称：真空碳热还原制备碳化钛粉的方法
技术领域：
本发明涉及一种真空碳热还原制备碳化钛粉的方法，属于真空冶金技术领域，
二背景技术：
碳化钛含碳20. 05%，为灰色粉末，具有NaCl型立方晶系结构.密度为4. 93克/ 厘米3熔点316(TC，沸点430(TC ;具有高熔点、高强度、高硬度和高弹性模量，良好的抗热 震性和化学稳定性，高温抗氧化性能仅低于碳化硅，是硬质合金的重要原料，因此在结构材 料中作为硬质相而被广泛用于制作耐磨材料、切削刀具材料、模具制造、机械零件等，还可 制作熔炼锡、铅、镉、锌等金属的坩埚，透明碳化钛陶瓷是优良的光学材料；碳化钛优良的耐 热冲击性能，使它适合于在中性或还原性气氛中用作特殊的耐火材料；TiC基金属陶瓷，是 一种由金属或合金与TiC陶瓷相所组成的非均质的复合材料，它既保持有陶瓷的高强度、 高硬度、耐磨损、耐高温、抗氧化和化学稳定性等特性，又有较好的金属韧性，因此用碳化钛 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。
国内外合成碳化钛粉末的方法主要有(l)Ti02的碳热还原法；(2)钛与碳的高温 碳化法；(3)钛与碳的自蔓延燃烧合成法(SHS法)。工业用碳化钛粉体最初是碳黑还原1102 合成的，反应温度为1700°C 2100°C，时间为10 24h，气体保护气氛下在管式炉或电弧炉 中进行，由于物料混合不均匀，碳源在1102中分布受限制，反应时物料受扩散梯度影响，反 应后有未反应的Ti02和碳，常常使合成粉末不够纯。直接反应法反应需5 20h，且在放热 反应过程中难控制温度，反应物易团聚，必须研磨加工才能制备出微米级TiC粉末。而自蔓 延燃烧合成法虽然能在短时间内燃烧合成TiC，但瞬间放出的热量会使产物颗粒团聚和晶 粒长大，难得到细的粉末。 文 献 [Koc R， Folmer J. S. Carbothermal synthesis of titanium carbide usingultrafine titania powders[J]. Journal of Materials science,1997， 32 (12): 1301-1311]报道了一种超细碳化钛粉末制备的新方法，利用碳热还原反应原理，首先将丙 烯气体C3H6裂解，裂解后的碳均匀地沉积在纳米级Ti02的表面，使得Ti02与碳接触面积 增大，因此物料反应的动力学障碍减小，反应温度低，反应更充分，在155(TC碳热还原反 应4小时后得到了亚微米级碳化钛。文献[Young-Chul Woo， Ho-Jae Kang， Deug J. Kim-Formation of TiC particle during carbothermalreduction of Ti02 [J]. Journal of European Ceramic Society. 2007， 27 :719-722]报道了碳热还原Ti02制备碳化钛粉末的 方法，该法主要以Ti02和树脂碳为原料，加入溶剂甲醇后在球磨机上球磨混合2h，球磨后烘 干，然后放入石墨加热炉内在氩气保护环境下加热至150(TC发生碳热还原反应制备得到碳 化钛粉末，保温时间为0-45分钟。我国专利CN1511804A中公开了一种利用石油焦和Ti02 化学反应制备TiC陶瓷粉体的方法，主要以Ti02粉、少量Ti粉和石油焦为原料，在行星球磨 机上球磨5小时后在l-3Mpa压力下压块制成坯体，然后在800 IIO(TC下，惰性气氛中用 钨丝电点火点燃坯体，制备得到TiC陶瓷粉体。专利CN1348919A中公开了一种微波合成纳
米级碳化钛的方法，将二氧化钛和乙炔碳黑烘干后，按照料锆球子无水乙醇=i : i
35:3 6的质量比球磨混合均匀，烘干，利用微波加热使原料发生碳热还原反应制备得到 纳米碳化钛。本发明利用真空条件下，能降低反应温度、减少杂质污染的特点，开发了真空 碳热还原制备碳化钛粉末的新方法。
三
发明内容
本发明的目的在于提供一种真空碳热还原制备碳化钛粉的方法，采用真空冶金的 方法，以Ti02和碳为原料，在真空炉内完成碳热还原反应并制得超细碳化钛粉。其采用以 下步骤完成 1、将100-200目的钛白粉和碳粉按质量比20 : 9 21称料混匀；所述碳粉为木 炭、活性炭、石油焦、煤炭和碳黑中的一种； 2、加入球磨机中球磨6 24小时，球磨机转速为100 400rpm ;
3将球磨后的料在压片机制成①2cmX 1-4cm的块料； 4、将块料放入真空炉，以l(TC /min 15°C /min的升温速率加热至1300 160(TC，保温2 10小时，使物料发生真空碳热还原反应，期间真空炉压力保持10Pa 100Pa ; 5、将真空碳热还原反应后的产物磨碎，制备出所要求粒度的碳化钛粉末。
本发明具有如下优点 1.原料钛白粉和碳通过球磨机球磨可均匀混合，经压块后的圆柱料充分反应生 成碳化钛，不会同时存在未反应的钛白粉和碳，且压块后的物料在真空炉中不存在喷料问 题；2.本发明的反应温度在130(TC 160(TC，保温时间为2 10小时，与工业用碳化 钛粉体的制备方法(碳黑还原Ti02，反应温度为1700°C 2100°C，时间为10 24h)相比， 省时省电，节约能源。且在真空条件下不需要任何保护气体，产物不易被氧化；
3.制备得到的碳化钛块体疏松，研磨后得到< 1 P m的亚微米级粉末。
四具体实施例方式
实施例1 :将100-200目的钛白粉和活性炭按质量比20 : 9称料混匀，钛白粉中 含Ti02为> 98. 5wt^，加入行星式球磨机上球磨8小时，球磨机转速为400rpm，将球磨后 的料在压片机制成①2cmX 1. 5-2. 5cm的块料，将块料放入真空炉，以15°C /min的升温速率 加热至150(TC，保温5小时，使物料发生真空碳热还原反应，期间真空炉压力保持lOPa 100Pa，将真空碳热还原反应后的物料破碎，制备出粒度〈1 ii m的碳化钛粉末。
实施例2 :将100-200目的钛白粉和碳黑按质量比20 : 12称料混匀，钛白粉中 含Ti02为99wt^，加入行星式球磨机中球磨20小时，球磨机转速为200rpm，将球磨后的 料在压片机制成①2X2-3cm的块料，将块料放入真空炉，以12°C /min的升温速率加热至 1300°C ，保温8小时，使物料发生真空碳热还原反应，期间真空炉压力保持50Pa 100Pa，将 真空碳热还原反应后的物料破碎，制备出粒度< 1 P m的碳化钛粉末。
权利要求
一种真空碳热还原制备碳化钛粉的方法，其特征在于其采用以下步骤完成，1)、将100-200目的钛白粉和碳粉按质量比为20∶9～21称料混匀；2)、加入球磨机中球磨6～24小时，球磨机转速为100～400rpm；3)、将球磨后的料在压片机制成Φ2cm×1-4cm的块料；4)、将块料放入真空炉，以10℃/min～15℃/min的升温速率加热至1300～1600℃，保温2～10小时，使物料发生真空碳热还原反应，期间真空炉压力保持10Pa～100Pa；5)、将真空碳热还原反应后的产物磨碎，制备出所要求粒度的碳化钛粉末。
2. 根据权利要求1所述的真空碳热还原制备碳化钛粉的方法，其特征在于所述碳粉为木炭、活性炭、石油焦、煤炭和碳黑中的一种。
3. 根据权利要求1或2所述的真空碳热还原制备碳化钛粉的方法，其特征在于所述钛白粉中含Ti02为> 98. 5wt%。
全文摘要
本发明涉及一种真空碳热还原制备碳化钛粉的方法，采用真空冶金的方法，以TiO2和碳为原料，钛白粉和碳粉的质量比为20∶9～21，经破碎，压块后进入真空炉内，以10℃/min～15℃/min的升温速率加热至1300～1600℃，保温2～10小时，炉内压力为10Pa～100Pa，使物料发生真空碳热还原反应，制得超细碳化钛粉。
文档编号C01B31/00GK101734660SQ200910218390
公开日2010年6月16日 申请日期2009年12月18日 优先权日2009年12月18日
发明者刘大春, 宋健勋, 徐宝强, 戴永年, 曲涛, 李一夫, 杨斌, 森维, 熊恒, 王飞, 秦博, 蒋文龙, 邓勇, 郁青春 申请人:昆明理工大学