一种两段还原氮化生产氮化钛及碳氮化钛的方法.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CN109437917A(43)申请公布日2019.03.08(21)申请号201811556519.2(22)申请日2018.12.19(71)申请人北京科技大学地址100083北京市海淀区学院路30号(72)发明人张国华吴柯汉(74)专利代理机构北京市广友专利事务所有限责任公司11237代理人张仲波(51)Int.Cl.C04B35/58(2006.01)C04B35/626(2006.01)C01B21/076(2006.01)C01B21/082(2006.01)权利要求书1页说明书4页(54)发明名称一种两段还原氮化生产氮化钛及碳氮化钛的方法(57)摘要一种两段还原氮化生产氮化钛及碳氮化钛的方法。包括如下步骤：(1)配料：以二氧化钛和碳黑为原料混合搅拌均匀；(2)将步骤一所得的混合粉末放入高温炉中加热，在1300～1600℃、常压氩气环境下保温1～4小时，得到一段还原产物；(3)检测步骤二所得的一段还原产物碳含量及氧含量，根据所需产物与原料碳、氧、氮之间的关系调配碳量并球磨混合；(4将步骤三所得的混合粉末放入高温炉中，在1600～1800℃、常压氮气环境下保温2～8小时，冷却后得到氮化钛或碳氮化钛。本发明优点是：产品纯度高、粒度细且均匀、分散性好，且工艺流程简单，易于工业化生产；避免了生产过程中碳含量不易控制的缺点，产物中碳氮比例可控，生产出的氮化钛及碳氮化钛相单一，氧含量低，游离碳含量极低。CN109437917ACN109437917A权利要求书1/1页1.一种两段还原氮化生产氮化钛及碳氮化钛的方法，其特征在于：步骤一、配料：以二氧化钛和碳黑为原料，按照一定质量比混合搅拌均匀；步骤二、一段还原：将步骤一所得的混合粉末放入高温炉中加热，在1300～1600℃、常压氩气环境下保温1～4小时，得到一段还原产物；步骤三、定量配碳：检测步骤二所得的一段还原产物碳含量及氧含量，根据所需产物与原料碳、氧、氮之间的关系调配碳量并球磨混合；步骤四、二段还原氮化：将步骤三所得的混合粉末放入高温炉中加热，在1600～1800℃、常压氮气环境下保温2～8小时，冷却后得到氧含量低,游离碳含量低,粒度细且均匀的氮化钛或碳氮化钛。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤一所述的二氧化钛、碳黑的摩尔比为1:1～3。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤二所述的一段还原产物为TiCxOy，是一种碳化钛与一氧化钛所形成的固溶体。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤四所制备出的氮化钛或碳氮化钛产物都为纯相且相单一，其中氧含量低于0.5wt％，粒径小于1微米，颗粒分散性好。2CN109437917A说明书1/4页一种两段还原氮化生产氮化钛及碳氮化钛的方法技术领域[0001]本发明属于金属陶瓷领域，具体涉及一种氮化钛及碳氮化钛的制备方法。背景技术[0002]近年来,由于碳氮化钛、氮化钛具有高熔点,高硬度,低摩擦磨损及耐腐蚀等特性,在制备金属陶瓷、切削工具、电极衬里材料、涂层材料等方面有较大的应用价值。尤其在切削刀具方面,碳氮化钛及氮化钛以其高硬度,高红硬性,高耐磨性及相对较低的密度成为了一种替代WC-Co硬质合金的潜在材料。在金属切削加工中,碳氮化钛、氮化钛基金属陶瓷刀具能抵抗切削瘤、起皮和陷穴的形成,在高速研磨粗加工、半加工工件的尺寸精度和加工表面质量都优于WC-Co硬质合金刀具所加工的工件。此外，由于氮化钛具有与黄金类似的光学性能，常用于仿金材料领域。因此，研发高纯度、细粒度、粒度均匀分散、物相单一的碳氮化钛、氮化钛粉末具有重大的价值。[0003]国内外制备氮化钛的方法主要集中于直接氮化法和一步碳热还原氮化法。其中直接氮化为使用Ti或TiH2在含氮气氛下直接氮化，此方法优点是产物纯度高，产物粒度均匀，缺点是原料成本高。一步碳热还原氮化法为使用TiO2在氮气气氛下与碳质还原剂反应得到碳化钛，此方法优点是原料成本低，缺点是产物中存在的游离碳含量较高。此外，还有使用镁热还原氮化的方法，但该法制备出的产物粒度极不均匀，且生产过程涉及酸浸，对环境造成污染。[0004]而制备碳氮化钛的方法主要集中于直接合金化法及碳热还原氮化法。其中直接合金化法直接使用TiC粉和TiN粉或Ti粉，球磨混合后在1700℃以上直接固溶得到。该法存在的问题在于，使用温度高，耗时长，能耗高，对设备要求高，产物颗粒大，且往往需要引入烧结助剂而导致产物纯度纯度下降。相较于直接合金化法，碳热还原氮化法具有原料成本低，工艺流程短，温度相对较低的优点。然而，由于目前碳热还原氮化法主要使用的一步反应合成，反应过程不可控，配碳量不准，造成了产物纯度低，粒度不均，产物C/N比例不可控且产物中存在多种碳