[发明专利]一种脱除过渡族金属碳化物中游离碳的方法

说明书

本发明提供一种脱除过渡族金属碳化物中游离碳的方法,所述方法以Ca‑CaCl₂熔盐体系为脱碳药剂，在800~1100℃时，使化学活性钙与游离碳反应生成碳化钙，通过CaCl₂增加反应动力学和保护Ca的挥发损失，之后通过酸浸的方式去除脱碳产物CaC₂以及过量的Ca,达到去除游离碳的目的，本发明脱除游离碳更加彻底，工艺流程简单，且易于工业化生产；避免了碳化物本身的二次氧化，在生产过程中不会给碳化物引入新的杂质，同时能进一步提高碳化物的纯度；采用Ca‑CaCl₂熔盐体系，化学活性Ca能溶解于熔融状态的CaCl₂，以CaCl₂为媒介，增大了Ca与游离碳之间的接触，加快了反应速率。

技术领域

本发明属于冶金领域，具体涉及一种脱除过渡族金属碳化物中游离碳的方法。

背景技术

近年来过渡族金属碳化物因其高熔点、高硬度、优良的热传导性，高温强度，耐磨性，抗腐蚀性，高热稳定性等突出优点,已在工业和技术中得到广泛应用，例如机械构件上的耐磨、耐蚀涂层,电接触材料,电子器件的扩散障垒和金属基底复合材料等。此外，它们还具有与其母体金属相类似的电、磁性，使得它们能应用于核反应堆等领域以及类似于贵金属的催化等领域，引起了研究者们的极大兴趣。

碳化钛原子间以很强的共价键结合,具有类似金属的若干特性,如高的熔点、沸点和硬度,硬度仅次于金刚石,有良好的导热和导电性,在温度极低时甚至表现出超导性。因此,碳化钛被广泛用于制造金属陶瓷,耐热合金、硬质合金、抗磨材料、高温辐射材料以及其它高温真空器件,用其制备的复相材料在机械加工、冶金矿产、航天和聚变堆等领域有着广泛的应用。碳化锆是一种硬度大的高熔点材料和极好的高温耐火材料。用做火箭发动机中固体推进剂的一种原料或用于生产合金钢，也是生产金属锆和四氯化锆原料，是有一种很有前途的精细陶瓷材料。碳化铪非常适用于火箭喷嘴,可作重返大气层宇宙火箭的鼻锥部位.用于陶瓷等行业。碳化钒主要用于制造钒钢，可用作碳化物硬质合金添加剂。碳化铌硬度大、熔点高、高温性能良好，因此它在表面强化和改性技术中有着重要的用途。例如用作喷气发动机涡轮叶片和火箭喷嘴的涂层，可以显著提高其寿命。并且还应用于电子发射管的生产，大大降低栅极的热发射，延长电子发射管的寿命，对生产大功率发射管有重要的推动作用。在硬质合金中加大碳化铌的用量，可以部分替代资源稀少，价格昂贵的钽源。碳化钽做硬质合金烧结晶粒长大抑制剂用，对抑制晶粒长大有明显效果。用于粉末冶金、切削工具、精细陶瓷、化学气相沉积、硬质耐磨合金刀具、工具、模具和耐磨耐蚀结构部件添加剂，提高合金的韧性。碳化铬是一种在高温环境下具有良好的耐磨、耐腐蚀、抗氧化的高熔点的材料，与镍铬合金制得的硬质合金颗粒，采用等离子喷涂法，可作为耐高温、耐磨、耐氧化与耐酸涂层，广泛用在飞机发动机和石油化工机械器件上，可大大提高机械的寿命。碳化钼由于具有较高熔点和硬度、良好热稳定性和机械稳定性、极好抗腐蚀特性等特点，在材料改性方面，它可以作为涂层材料使用,也可以作为添加材料使用。碳化钼通常作为涂层材料用于一些高硬度、耐磨擦和耐高温等领域。碳化钼具有贵金属的某些性质,对于烃类脱氢、氢解和异构化反应的催化活性,可与贵金属铂、铱相媲美,被誉为“准铂催化剂”。

目前过渡族金属碳化物的主流合成方法有两类：分别是金属直接碳化法及碳热还原法。其中金属直接碳化法是将过渡族金属单质直接与碳反应得到其碳化物，此种原材料方法成本高，产物纯度由原料纯度决定。碳热还原法是将过渡族金属氧化物与碳质还原剂反应，还原碳化得到其碳化物。该方法成本低，且工艺简便。然而，该方法需要过量的碳才能保证得到的产物完全还原，反应后有多余的游离碳存在于产物中，降低产物的纯度。为脱除该方法产物中游离碳，两种脱除游离碳的工艺已被提出：浮选除碳法和氧化除碳法。浮选除碳法是利用碳的疏水性，通过往水中通气的方式，使碳上浮，而碳化物沉于水底达到分离的目的，然而该方案脱碳不够彻底，只能进行初步脱碳。氧化除碳法是通过在空气中加热的方式，使碳与氧反应，达到除碳的目的，但该方案会使碳化物发生二次氧化，降低产物纯度。

发明内容