专利名称：一种微波合成纳米级碳化钛的方法
技术领域：
本发明涉及无机材料技术领域，具体是指一种微波合成纳米级碳化钛的方法。
背景技术：
目前，一般合成碳化钛(TiC)的方法可以分成三类(1)用金属钛或卤化钛直接碳化合成TiC；(2)用气体卤化钛(如TiCl4)在含碳的气氛中热解合成TiC；(3)在所控制的气氛中，高温下用碳碳热还原TiO2合成TiC。合成TiC较为廉价的方法是采用TiO2与炭黑在1700～2100℃反应制得。反应式为但该方法有一定的局限性。因为反应的进行程度受TiO2颗粒大小及相互接触程度的影响，合成的产品中会含有未反应完全的TiO2和炭黑。要改善TiO2和C的接触面，使炭黑很好地分散在TiO2颗粒表面，方法之一就是在400～600℃分解C3H6气体，使其分解后得到的C粉均匀分布于TiO2颗粒表面，然后在惰性气体中碳热还原TiO2合成TiC。这种工艺过程能够制备出高质量的TiC。其特点是C粉能十分均匀地涂附在TiO2颗粒上；C粉与TiO2颗粒的接触面积大；合成的TiC颗粒细(＜0.1um)。
用金属Ti粉与C粉合成TiC，多采用自蔓延高温合成法(SHS)，用SHS法合成TiC，其纯度会受反应物中所含气体的影响，如水气，氢气，二氧化碳及碳氢化合物等。因此反应进行前，将反应物在适当的温度下真空焙烧处理。此外，还可以采用化学共沉淀原位合成法，这种方法反应前驱物为液态(如硫酸钛或钛酸丁脂)，按反应比例与蔗糖混合配成一定的缓冲溶液，然后在一定的温度下，浓缩脱水碳化，然后在保护气氛下升温至1750℃，碳化反应合成TiC。目前，还有人探索用反应球磨技术制备TiC。
综观这些制备TiC的现有技术，均存在一些不足之处反应温度高，均在1400℃以上；制备工艺复杂，工艺过程较难控制；SHS法制备的TiC为块状物，还需球磨加工，加工后只能达到微米级，还可能在加工过程中掺入各种杂质。
发明内容本发明就是为了克服现有技术中存在的缺陷，提供一种工艺过程简单、易控制、无须再加工、无杂质、能够在较低的温度下(1200℃)快速合成的微波合成纳米级碳化钛的方法。
一种微波合成纳米级碳化钛的方法，其特征是，它包括如下步骤和工艺条件第一步 将纳米级二氧化钛和乙炔炭黑烘干至恒重，按照二氧化钛∶乙炔炭黑＝80∶36的质量比称料；第二步 按照料∶锆球子∶无水乙醇＝1∶1～5∶3～6的质量比进行球磨混合12～24小时，至均匀；第三步 将料浆烘干至恒重；第四步 微波加热至1200～1400℃后，恒温10～30分钟即可。
在微波加热时可以通入氩气做保护气体。
本发明主要是利用了碳热还原法原理，其反应式为
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果1.本发明在反应中有气体CO产生，故CO的压力会对该反应式的反应起始温度产生影响，根据参考文献，当PCO＝0.1atm时，上述反应的起始温度为1200℃。由于用微波加热合成TiC，故反应很快达到1200～1400℃，且能在该温度范围快速合成TiC，合成率达97％以上。产物TiC的晶粒大小为45.63～87.57nm。
2.本发明工艺过程简单，易控制，所得TiC粉体不易团聚，无须再加工，无杂质。
具体实施方式
实施例一第一步将二氧化钛(15nm，金红石型，含量＞91％)和乙炔炭黑(比表面积58.866m2/g)在烘箱中105℃烘干至恒重，称取二氧化钛87.7克、乙炔炭黑36克；
第二步取氧化锆球子450克，95％乙醇500ml，加料，在氧化铝球磨罐(或橡胶罐)中进行球磨混合12小时，至均匀；第三步将料浆在100℃下烘干至恒重；第四步 将混合料称75克装入MFM-863型微波烧结炉，然后抽真空20分钟，通入氩气作保护气体，压力为1atm，微波加热至1200℃，恒温30分钟即可。
实施例二第一步 将二氧化钛(15nm，金红石型，含量＞91％)和乙炔炭黑(比表面积58.866m2/g)在烘箱中80℃烘干至恒重，称取二氧化钛87.7克、乙炔炭黑36克；第二步 取氧化锆球子125克，95％乙醇300ml，加料，在氧化铝球磨罐(或橡胶罐)中进行球磨混合24小时，至均匀；第三步 将料浆在80℃下烘干至恒重；第四步 将混合料称75克装入MFM-863型微波烧结炉，然后抽真空20分钟，通入氩气作保护气体，压力为1atm，微波加热至1300℃，恒温20分钟即可。
实施例三第一步 将二氧化钛(15nm，金红石型，含量＞91％)和乙炔炭黑(比表面积58.866m2/g)在烘箱中90℃烘干至恒重，称取二氧化钛87.7克、乙炔炭黑36克；第二步 取氧化锆球子620克，95％乙醇600ml，加料，在氧化铝球磨罐(或橡胶罐)中进行球磨混合18小时，至均匀；第三步 将料浆在90℃下烘干至恒重；第四步 将混合料称75克装入MFM-863型微波烧结炉，然后抽真空20分钟，通入氩气作保护气体，压力为1atm，微波加热至1400℃，恒温10分钟即可。
上述三个实施例，冷却至室温后出料并称量，以计算合成率，然后取一定量的TiC用X射线衍射法进行物相分析，用透射电镜进行粒度分析)。分析结果见下表
权利要求
1.一种微波合成纳米级碳化钛的方法，其特征是，它包括如下步骤和工艺条件第一步将纳米级二氧化钛和乙炔炭黑烘干至恒重，按照二氧化钛∶乙炔炭黑＝80∶36的质量比称料；第二步按照料∶锆球子∶无水乙醇＝1∶1～5∶3～6的质量比进行球磨混合12～24小时，至均匀；第三步将料浆烘干至恒重；第四步微波加热至1200～1400℃后，恒温10～30分钟即可。
2.根据权利要求1所述的一种微波合成纳米级碳化钛的方法，其特征是，在微波加热时可以通入氩气做保护气体。
全文摘要
本发明是一种微波合成纳米级碳化钛的方法,它是将二氧化钛和乙炔碳黑烘干后,按照料∶锆球子∶无水乙醇=1∶1～5∶3～6的质量比球磨混合均匀,烘干,微波加热合成。本发明主要是利用了碳热还原法原理,采用微波加热合成,反应温度低,工艺过程简单,易控制,所得TiC粉体不易团聚,无须再加工,无杂质。
文档编号B01J19/12GK1348919SQ0112999
公开日2002年5月15日 申请日期2001年11月29日 优先权日2001年11月29日
发明者胡晓力, 刘阳, 张伟南, 陈楷, 尹虹, 曾令可, 陈志雄, 赵宗亮 申请人:华南理工大学