[发明专利]碳氮化物粉末及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种在含氮气氛下煅烧相应的金属氧化物、碳黑和还可有其它含碳化合物的混合物来制备元素周期表中第四、第五和第六副族的金属的碳氮化物的方法；涉及元素周期表的第四、第五和第六副族的碳氮化物粉末，在所有情况下其平均粒度d₅₀小于5微米，氧和游离碳含量小于1％(重量)，优选0.5％(重量)，并且铁族金属的杂质含量小于0.15％(重量)；涉及平均粒度d₅₀小于5微米的两相钛锆碳氮化物粉末；涉及单相钛锆碳氮化物粉末，它具有等摩尔Zr∶Ti比，并且氮的含量最高为10％(重量)，平均粒度d₅₀小于5微米；以及涉及这些碳氮化物粉末的应用。

含有多种金属离子的硬质材料复合粉末用于生产工业材料，例如硬金属、陶瓷和烧结材料，在材料例如钢中作为添加剂组分以及用于耐磨层是非常重要的。用于生产元素周期表中的第4、第5和第6副族的元素的碳氮化物的许多方法都是已知的。其中之一，可采用氧化物作为合成复合材料的原料，不过它们为此仅是作为单个氧化物的机械混合物使用(Schwartzkopf，P.，Kieffer，R.，Cemented Carbides(硬质合金)，NewYork，1960)。在碳热还原单个氧化物的混合物过程中，该混合物的组分在开始形成复合硬质材料之前，基本上以分离的颗粒和相来反应。这种由单个氧化物粉末制备复合硬质材料的方法有其固有的缺点，即为了形成均一的复合硬质材料需要在高温下煅烧很长时间，还可以采用促进分散的添加剂，例如铁族金属。而且，还已知硬质材料的合成受到许多控制其动力学的因素(混合物的干混均匀化或湿混均匀化、颗粒大小参数、温度和气体调节等)的影响。

该方法产生常常没有完全混匀的粗颗粒复合粉末。接下来需要的大力研磨增加了杂质含量。

另一个生产硬质材料复合粉末的方法包括从单个硬质材料通过高成本的均化煅烧，通常是在≥2200℃的温度下进行几个小时来合成。

GB-A-2063922和WO-A81/02588记载了从例如这些粗复合硬质材料生产烧结体的方法。所采用的原料是通过均化煅烧生成的复合硬质材料，如(Ti，Zr)C；(Ti，Zr)(C，N)；(Ti，Zr，Me)C，其中Me＝V、Nb、Ta；(Zr、Hf)C；(Zr、Hf)(C，N)或者(Zr、Hf、Ti)C，当与其它硬质材料，如WC和与一种或者几种铁族的粘结金属一起烧结时，生成颗粒非常细的、硬度增大的和火口形成趋势降低的硬金属。从上述专利说明书可以清楚地知道TiC和ZrC一般总包含在混合晶体中，致使在与粘结金属烧结过程中发生分层，所以，正如GB-A2063922中所记载的那样，ZrC-HfC体系不具有混溶性间隙。因此可以预料，通过采用在烧结之前已经分层的复合硬质材料可进一步提高硬金属的性质。

本发明的目的是避免在所说高温下硬质材料混合物的均化煅烧，并且在不加添加剂的较低温度下合成硬质材料的过程中制备极均化的并同时是细颗粒、低杂质的硬质材料复合粉末，其氧和游离碳的含量低，并具有良好的烧结活性。

出乎意料地是现在已经发现二元氧化物或者多元氧化物在碳热还原过程中分解，同时发生氮化，导致相对于非金属原子在体积上是大的金属原子的迁移，使二元氧化物或者多元氧化物中的金属原子的“混合”均质性基本上转移到硬质材料相中。不仅在形成均一的混合结晶而且在分层情况下，在合成这种硬质材料的过程中，快速建立了取决于温度的热动力平衡。

本发明的目的是提供一种通过在含氮气体中煅烧相应的金属氧化物、碳黑和还可有其它含碳化合物的混合物来制备元素周期表的第4、第5和第6副族的金属的碳氮化物粉末的方法，其中的金属氧化物采用二元氧化物和/或多元氧化物。

根据本发明，用于硬质材料复合粉末的原料是元素周期表的第4、第5和第6副族的元素的二元氧化物即组成为(Me_aMe_b)O_z的化合物，或者多元氧化物(Me_aMe_bMe_c)O_z。至少60摩尔％的金属氧化物优选采用二元氧化物和/或多元氧化物。