[发明专利]一种硼碳氮化钛（Ti(B,C,N)）陶瓷粉末材料及其制备方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及硼碳氮化钛(Ti(B，C，N))陶瓷粉末材料及其制备方法，属于功能或技术陶瓷材料领域。 

背景技术

陶瓷是由金属元素和非金属元素形成的化合物。通常称氧和金属形成的化合物为氧化物陶瓷，其中常见的有Al₂O₃和CeO₂等。还有一类陶瓷是由金属和非氧元素形成的陶瓷，常见的有SiC、SiN，MoSi₂、TiN和TiC等，它们被归结为非氧化物陶瓷。这类陶瓷在耐高温、耐腐蚀、耐磨损、导电性、光学性能和机械性能方面表现优秀，例如氮化硅SiN的强度可达700MP；硬度1800Kg/mm²。BaTiO₃可以在压力作用下产生电流，称为压电陶瓷。TiC陶瓷可以产生红外辐射。通常称这类陶瓷为功能陶瓷或技术陶瓷。 

Ti是过渡族金属，它和元素周期表第二周期中的非金属元素硼、碳和氮元素形成某些化合物，有TiC、TiN和TiO，它们均为NaCl型面心立方晶体结构，晶格常数分别为0.423nm，0.4238nm，0.415&nm，非常接近。TiC可用于制备复合材料、泡沫陶瓷和制备涂层，用于金刚石涂层、抗氚涂层和电接触材料涂层。TiN主要用于制备硬质薄膜、增加切削工具和模具的使用寿命，也可以用于高强度的金属陶瓷工具、喷汽推进器、以及火箭等结构材料。另外，氮化钛有较低的摩擦系数，可作为高温润滑剂。氮化钛合金用作轴承和密封环可显示出优异的效果。氮化钛有较高的导电性，可用作熔盐电解的电极以及点触头、薄膜电阻等材料。纯TiO具有金黄色主要用于仿金材料。Ti(C，N)是在TiC中固溶了N元素或是在TiN中溶入了C所形成的一种二元化合物，而Ti(B，N)是含有B和N元素的多元化合物，保持着原来的面心立方结构，但其性能得到了明显优化。Ti(B，C，N)可以看作是在Ti(C，N)中添加了B元素形成的多元化合物，比Ti(B，N)具有更好的性能，尤其是在自润滑性方面。以上所述单元化合物TiC、TiN和TiO和多元化合物Ti(C，N)、Ti(B，N)和Ti(B，C，N)中，TiC、TiN和TiO和Ti(C，N)有粉末材料，而现有Ti(B，N)和Ti(B，C，N)材料均是以薄膜材料存在，没有粉体材料，即在国内外市场和实验室找不到粉体Ti(B，N)和Ti(B，C，N)材料。 

TiC粉末的合成方法有碳热还原法、直接碳化法、化学气相沉积、高温自蔓延合成法(SHS)和反应球磨法等。TiN和Ti(C，N)粉末的合成方法有Ti金属粉或TiH₂直接氮化法、TiO₂碳热还原氮化法、自蔓延高温合成法、微波碳热还原法和机械合金化法等。通常是采用物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)方法制备Ti(B，N)和Ti(B，C，N)薄膜材料，工艺很 复杂。TiC、TiN和Ti(C，N)有粉末产品。而现有纯的含B多元化合物Ti(B，N)和Ti(B，C，N)仅以薄膜形式存在，没有粉末产品。 

发明内容

本发明的目的在于客服现有技术存在的上述缺点，提供一种硼碳氮化钛(Ti(B，C，N))陶瓷粉末材料及其制备方法，采用的方法简单、可靠、成本低和容易实现，材料性能好。 

本发明的上述目的通过以下技术方案实现： 

一种硼碳氮化钛(Ti(B，C，N))陶瓷粉末材料，所述陶瓷粉末材料是由B、C和N元素和Ti元素组成的化合物，其中B的原子百分数为0.02～96at％；C的原子百分数为0.04～50at％；N的原子百分数为0.02～82at％；余量为Ti的原子百分数。 

所述化学物用以下化学式Ti(B_x，C_y，N_z)表示，其中x、y和z分别代表B、C和N元素的化学组分。 

所述Ti(B，C，N)陶瓷粉末在低于熔点温度时，为固体粉末状态，具有晶体结构。 

所述晶体结构是B、C和N元素在Ti金属中的固溶体，原子按氯化钠型面心立方点阵方式排列，其中钛原子占据与钠原子相当的位置，B、C和N元素占据与氯原子相当的位置。 

所述B、C和N元素是以化合或固溶形式存于Ti(B，C，N)之中。 

具体步骤如下： 

步骤一，压制压坯 

用压力机压制压坯：先把Ti粉装入模具里，然后对粉末施压制成压坯，密度为理论密度的50％～90％； 

步骤二，配制固体渗硼剂