一种制备碳氮化钛的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113772639A(43)申请公布日2021.12.10(21)申请号202111064975.7(22)申请日2021.09.11(71)申请人成都大学地址610106四川省成都市龙泉驿区外东十陵镇(72)发明人甘亚李红梅冯良荣(51)Int.Cl.C01B21/082(2006.01)权利要求书1页说明书3页(54)发明名称一种制备碳氮化钛的方法(57)摘要本发明提供了一种制备碳氮化钛的方法，是将含钛和氧的化合物或这些化合物的混合物与有机碳或者无机碳混合形成原料，然后对原料压制成型，将成型好的原料在石墨碳管炉中加热逐步升温到1300℃以上，还原氮化生成碳氮化钛。本发明的优点是提高了单套设备的产能，生产能力大、电耗低、工艺稳定。CN113772639ACN113772639A权利要求书1/1页1.一种制备碳氮化钛的方法，将含钛原料和碳质还原剂混合形成固体原料，然后将其在反应炉中加热，加热过程中含钛原料在氮化气氛中经过还原氮化过程而合成碳氮化钛，其特征在于：所述含钛原料为：金属钛或/和含钛和氧的化合物或者这些化合物的混合物；所述的加热过程为：在反应炉为石墨碳管炉，电流通入石墨发热元件，石墨发热元件发热并对所述的固体原料进行加热；所述的固体原料在进入所述的反应炉之前经过将含钛原料和碳质还原剂混合、压制成型；所述的还原氮化过程在小于0.5MPa的含氮气氛下进行。2.根据权利要求1所述的一种制备碳氮化钛的方法，其特征在于：所述氮化气氛为：氮气、氨气、尿素、肼、乙腈、三聚氰胺或其它含氮的有机物中的一种或者它们的混合物，或者以上物质与含碳或氢元素的物质的混合物；所述的碳质还原剂为：煤、石墨、碳黑、活性炭、焦炭、石油焦、沥青、煤焦油、生物质材料、有机高分子、三聚氰胺、石蜡、糖中的一种或者一种以上的混合物；所述还原氮化过程为：所述的固体原料在300～2000℃之间被碳质还原剂还原并被氮化气氛中的氮元素氮化，并且物料经过的最高温度不低于1300℃；所述碳氮化钛成品中含有钛、氮、碳、少量没有反应完的氧元素以及从原料中带入的杂质。3.根据权利要求1~2中任意一项所述的一种制备碳氮化钛的方法，其特征在于：将所述的固体原料装入石墨坩埚中，再将石墨坩埚推入所述的反应炉中。4.根据权利要求1~2中任意一项所述的一种制备碳氮化钛的方法，其特征在于：所述的反应炉的内壁的高温段为石墨材料，该石墨材料形成炉膛，将所述的固体原料装入炉膛中。5.根据权利要求1~4中任意一项所述的一种制备碳氮化钛的方法，其特征在于：在所述的固体原料中加入不超过钛重量1倍（以铁计）的铁、氧化铁(以铁计)、钨、钨化合物(以钨计)、钼、钼化合物中的一种或几种物质的混合物，制备得到含铁、钨、钼中的一种或几种元素的碳氮化钛。2CN113772639A说明书1/3页一种制备碳氮化钛的方法技术领域[0001]本发明属于硬质材料领域，涉及碳氮化钛的制备方法。背景技术[0002]碳氮化钛（TC1‑xNx，0≤x≤1）具有熔点高，硬度大，化学稳定性和热稳定性好等优异的性能，而且具有靓丽的金色，作为超硬材料、炼钢添加剂、器件表面装饰、抗腐蚀抗磨材料等，应用广泛。根据碳氮化钛中碳和氮含量的不同，材料表现出不同的硬度和韧性，氮含量高时，韧性较好，碳含量高时，硬度较大。[0003]碳氮化钛的制备，有化学气相沉积法(CVD)，真空等离子体溅射法，氢化钛还原氮化法，钛酸酯还原氮化法，钛金属或钛合金直接氮化法，二氧化钛碳热还原氮化法等。化学气相沉积法和真空等离子体溅射法，一般以TiCl4为钛原料，生产过程伴随大量的氯，设备腐蚀严重，且产品形态、碳氮含量不容易控制，难以大规模生产等缺点，没有得到大规模的工业生产。氢化钛还原氮化法和钛酸酯还原氮化法，原料成本昂贵，同样需要高温过程，也没有工业规模的生产。钛金属或钛合金直接氮化法，是通过将钛金属或者合金在高压氮气气氛下自蔓延燃烧，合成氮化钛。该过程不易合成碳氮化钛，而且伴随高温高压，原料金属钛价格也相对较高，工业化很少采用该法进行生产。[0004]二氧化钛碳热还原法，原料价格低，产品碳氮含量可控，生产过程和设备简单，易于大工业生产，成为目前生产碳氮化钛的主要工业生产路线。然而该法的反应温度非常高，根据热力学计算，反应温度要求1350℃以上，考虑到传热和反应速率的要求，反应温度至少得控制在1600℃以上。在这么高的温度情况下，对反应器加热元件和反应传热具有非常高的要求。常见的电阻丝、硅碳棒、硅钼棒等，由于自身发热最高温度限制，不能用作该反应器的加热元件。该反应器一般以石墨碳管作为发热元件，反应器一般采用石墨碳管炉反应器。[0005]于仁红等(耐火材料2006，40(1)：9~11)、李慈颖等(钢铁