[发明专利]一种纳米碳化铬/钒复合粉末的制备方法

说明书

技术领域

本发明提供了一种纳米碳化铬/钒复合粉末的制备方法，属于纳米金属碳化物制备领域。

背景技术

过渡族金属碳化物碳化铬(钒)具有较高的熔点、硬度和高温强度，以及良好的电导率和热导率。这些优异的性能确保了其在冶金、电子、催化剂和高温涂层材料等方面的广泛应用。

其中，碳化铬(钒)作为晶粒抑制剂在硬质合金、金属陶瓷领域具有重要作用。工业应用中需要的是粒度细、相组成单一的碳化铬(钒)粉末，例如在制备超细硬质合金时，WC粉的粒径要小于200nm，烧结时要采用高压低温的HIP烧结技术，另外还要加入碳化铬(钒)晶粒长大抑制剂。如果采用粉末粒度为2～5μm碳化铬(钒)作为晶粒长大抑制剂，则会由于颗粒粗大的碳化铬(钒)粉末比表面小、表面活化能低、原子迁移速度慢，而难以抑制WC的晶粒长大，从而导致超细硬质合金的性能难以得到进一步提高。因此，高性能超细硬质合金等领域迫切需要纳米碳化铬(钒)粉末。

另外，碳化钒使合金显示出最好的硬度和耐磨性，碳化铬对提高抗弯强度和抗氧化性最有效；复合添加碳化钒和碳化铬的合金，晶粒长大抑制剂偏析量大于单独添加碳化钒的硬质合金，晶粒抑制效果较好。但是目前复合添加碳化钒和碳化铬大多是机械混合的方法，不能使粉末充分分散，从而不利于晶粒抑制效果。因而，有必要合成纳米碳化铬/钒复合粉末。

但是，制备碳化铬(钒)粉末通常采用碳黑与铬(钒)的氧化物混合高温还原碳化法。该方法反应温度较高，生产成本较高。另外，反应产物粒度较粗，一般都在2～5μm之间，且粉末中游离碳含量高，不能满足碳化铬(钒)粉末在现代工业中的应用。

另外，2004年吴恩熙等人在专利CN1724349A中提出了纳米碳化铬粉末的制备方法：将Cr₂O₃溶解于有机物溶液中，溶液浓度为10％～20％；溶液在离心式喷雾干燥机中进行喷雾干燥，得到含有铬的络合物和游离有机物的混合粉末，粉末形状为多孔、疏松的空心球体。将此粉末在保护气氛中，500～600℃进行焙解，得到Cr₂O₃与原子级别游离C的均匀混合的粉末，在850～1000℃下，H₂/CH₄碳化40～90分钟可制得粉末平均粒度为0.1微米，晶粒尺寸为20～60纳米的纳米碳化铬粉末。该方法具有很多优点，如较低的反应温度、较短的反应时间等；但也存在一些缺点，如工艺较复杂，采用H₂或H₂/CH₄碳化，增加了生产成本。

2005年吴成义等人在专利CN1569624A中提出了一种制备纳米碳化钒粉末的制备方法：将偏钒酸铵粉末溶于蒸馏水配制偏钒酸铵水溶液，然后将该溶液在120～130℃条件下喷雾转换为V₂O₅前驱体粉末，再将V₂O₅前驱体粉末在450～550℃空气中焙烧，使之转变成干燥的纳米级V₂O₅微晶粉末，然后再剪切配碳、烘干、混合料定碳、碳化、剪切破碎、真空烘干才能得到纳米级碳化钒粉末。该方法存在的主要问题是工艺较复杂，生产成本较高。

2005吴恩熙等人在专利CN1607175A中提出了碳化钒粉末的制备方法：首先将V₂O₅溶解于有机酸溶液中，边加热边搅拌，在60～80℃时得到澄清透明的溶液，溶液浓度为10％～40％；然后将此粉末在保护气氛中，500～600℃进行焙烧，得到V₂O₃与原子级别游离C均匀混合的粉末；又于850～1000℃下，H₂或H₂/CH₄碳化40～90分钟，制得粉末平均粒度为0.1微米，晶粒尺寸为20～60纳米的超细碳化钒粉末。该方法具有很多优点，如较低的反应温度、较短的反应时间等；但也存在工艺复杂，不利于工业化生产等缺点。

2006年郝俊杰等人在专利CN100357187C中提供了一种纳米碳化铬粉末的制备方法。该方法以重铬酸铵、水合肼、纳米碳黑、酚醛树脂为原料，制备工艺为：合成非晶纳米Cr₂O₃→配制酚醛树脂乙醇溶液→球磨(2-8h)→干燥(1-2h)→真空碳化→球磨(2-8h)→干燥→过筛→产品。该方法具有较高的创新性，并且合成的粉末达到了纳米级，但是工艺较复杂，能源消耗大，生产成本较高，不利于工业化生产。