[发明专利]钛铁矿制备碳氮化钛粉C/N的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及粉末冶金中的碳氮化钛粉及复合粉碳氮比的控制方法。本工艺可以通过改变工艺过程中的原料配比和烧结工艺参数来获得不同碳氮比（C/N）的碳氮化钛。

 

背景技术

我国具有丰富的钛铁矿资源，既有岩矿，也有砂矿，遍布多个省区。现今钛铁矿的综合利用途径要么能耗过高，要么铁的综合利用程度低，要么废酸母液难处理。为此，国内外许多学者在钛铁矿综合利用方面一直在进行新的探索。碳氮化钛是一种性能优良，用途广泛的非氧化物陶瓷原料，兼具TiC和TiN的优点，具有高熔点，高硬度，耐磨，耐氧化，耐腐蚀等特性，并具有良好的导热性，导电性和化学稳定性，在机械，化工，汽车制造和航空航天等领域有着广泛的应用。这些应用场合要求合成的碳氮化钛粉体制备成本低、粒度分布范围窄、化学组成均匀及碳氮比可调等特点。而过渡金属氮化物的电导率和导热系数比相应碳化物要高，硬度比相应碳化物低，因此TiC具有较好的耐机械磨损性能，而TiN具有较好的耐扩散磨损性能。TiC_1-xN_x作为TiC和TiN的连续固溶体，性能随组成x的改变而有所改变。一般来说，随x值的增大，材料的硬度降低，韧性提高。因此，进行碳氮比的调整得到不同性能的TiC_1-xN_x，可以满足制备不同性能、不同用途复合材料的要求。

现有技术中，普遍采用TiC和TiN高温固溶合成TiC_1-xN_x，但是单独的TiC和TiN价格昂贵，因此制备成本高，碳氮比不易控制，而且能耗大，不利于推广应用。因此，急需一种成本低廉、工艺简单的方法来控制碳氮化钛的碳氮比，从而提供于对复合材料性能要求不同的场合。

 

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的是提供一种成本低廉、工艺简单的方法来制备不同碳/氮比的碳氮化钛复合粉，以满足对复合材料性能要求不同场合的需要。

本发明采用的技术方案是：以钛铁矿为钛源，石墨为碳源；通过改变制备碳氮化钛复合粉体工艺过程中的不同工艺参数来获得不同C/N的碳氮化钛复合粉体。具体方案如下：

一种钛铁矿制备碳氮化钛复合粉C/N的控制方法，其特征在于：所述碳氮化钛为TiC_1-xN_x,其中0.5<x<0.9；具体步骤如下：

A、原料干燥：以钛铁矿为钛源，石墨为碳源，将钛铁矿和石墨分别在真空干燥箱内烘干；

B、原料球磨：将经步骤A干燥后的钛铁矿和石墨以摩尔比为1：3.25～3.75进行称料；将配比好的原料装入球磨罐进行球磨；

C、烧结反应：将经步骤B球磨后的混料载入刚玉/石墨坩埚中，并置于反应炉内抽真空后，在炉内通过流动氮气，在1350～1600℃下保温2～6小时；然后冷却至室温，得到碳氮化钛复合粉体。

进一步，所述x=0.5～0.7时，具体制备步骤如下：

A、原料干燥：以钛铁矿为钛源，石墨为碳源，将钛铁矿和石墨分别在真空干燥箱内烘干；

B、原料球磨：将经步骤A干燥后的钛铁矿和石墨以高碳摩尔比1：3.50～3.75进行称料；将配比好的原料装入普通球磨罐或真空球磨罐中进行球磨，球磨转速为250r/min～450r/min，球磨时间为2～6个小时；

C、烧结反应：将经步骤B球磨后的混料载入刚玉/石墨坩埚中，并置于反应炉内抽真空后，在炉内通流动氮气，在1350～1600℃下保温2～6小时；然后冷却至室温，得到碳氮化钛复合粉体。

进一步，所述x=0.7～0.9时，具体制备步骤如下：

A、原料干燥：以钛铁矿为钛源，石墨为碳源，将钛铁矿和石墨分别在真空干燥箱内烘干；

B、原料球磨：将经步骤A干燥后的钛铁矿和石墨以低碳摩尔比1：3.00～3.5进行称料；将配比好的原料装入普通球磨罐或真空球磨罐中进行球磨，球磨转速为250r/min～450r/min，球磨时间为2～6个小时；

C、烧结反应：将经步骤B球磨后的混料载入刚玉/石墨坩埚中，并置于反应炉内抽真空后，在炉内通流动氮气，在1350～1600℃下保温2-6小时；然后冷却至室温，得到碳氮化钛复合粉体。

相比现有技术，本发明具有如下优点：