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碳化钛(TiC)常用的8种合成方法

时间:2020-06-14 11:30   作者:admin 点击:
TiC熔点高、电导率大、 热膨胀系数小、硬度大、并且具有优良的抗氧化性和化学稳定性,可以添加剂的形式引入到耐火材料中,可制得强度高、耐热冲击性能好、 抗铁水侵蚀性能好的复合耐火材料, 将是一种具有很大发展前途的材料。
 
 
TiC
TiC的合成方法主要有以下几种:
 
(1)金属钛粉或TiH2粉直接碳化法
 
金属钛粉或者TiH2粉直接碳化法,这是制备TiC的传统方法。其工艺是用钠还原得到的海绵状钛粉或由氢化钛分解得到钛粉(粒径至少在5μm以下)和炭黑的混合物(混合物的含碳量比理论量多5%~10%,并经球磨机干式混合)在100MPa左右的压力下成型。然后放进石墨容器,使用碳化感应加热炉,在高纯(露点在-35℃以下)气流中加热到1500~1700℃使钛粉与炭黑反应,反应温度和保温时间由原料种类、粒度及反应性能等因素决定,特别是使用氢化钛分解得到的钛粉的活性强,在1500℃下保温1h容易得到接近理论含碳量(20.05%)的碳化钛。宝鸡市创恒金属有限公司专业生产钛制品,量大从优!
 
(2)自蔓延高温合成法(SHS)
 
自蔓延高温合成工艺是借助固相反应所放出的巨大热量维持反应的自发持续进行,从而使反应物转变为生成物的一种材料制备新工艺。利用SHS法合成难熔化合物粉末是较成熟的技术,因而在TiC的合成中得到了较普遍的应用,有关这方面的研究报道也比较多。与传统的碳化法相比,SHS合成TiC的生产效率提高了1.5~3倍,适合批量生产,并能获得更高的产品纯度。
 
(3)TiO2的碳热还原法
 
通常以TiO2为原料,炭黑为还原剂,通过机械混合,在高温下真空条件或者氩气气氛中反应合成TiC。反应也可以在氢气氛下进行,不过这时反应温度要高达2250℃,通过调整反应时间和温度可控制TiC粉末的成分。最近Rasit等人以TiO2粉为原料,通过分解丙烯将C沉积在TiO2粉末上,然后在管式炉中通氩气在1550℃下碳化还原保温4h,获得了高纯度、亚微米级松散的TiC粉末。
 
(4)化学气相沉积法
 
利用气态的TiCl4和CH4(或其他碳氢化合物)在800~1200℃温度下反应,析出固态的TiC。这一方法常用于金属表面沉积TiC薄膜,以增强其硬度和耐磨性。为了强化反应,常向体系中引入H2,这种方法可制取超细TiC粉末,最近BorsellaE.等人用CO2激光束辐射TiCl4和碳氢化合物的混合体合成了TiC粉末,并通过添加SiH4制备了SiC/TiC复合粉末。
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(5)微波碳热还原法
 
在密闭条件下,采用微波加热的方法合成碳化钛微粉,反应过程中产生的CO气体的压力对合成温度会产生很大的影响,CO气体压力越大,合成温度就越高,合成率越低;反之,CO气体压力越小,合成温度就越低,合成率也越高。在合成过程中,若能及时排出反应生成的CO气体,将能在较低的温度下合成出合成率高、晶粒细小、团聚现象较轻的纳米级TiC粉末。
 
(6)熔融金属浴中合成法
 
利用TiC在铁族金属中溶解度很小的性质,固溶在熔融金属中的钛和碳便能发生反应生成TiC,并从熔融金属中析出,反应在2000℃以上的电热真空炉中进行,Cliche.G用这种方法在液态金属铁或镍中直接合成了纯度较高,氮、氧含量很低的TiC。
 
(7)机械合金化法
 
机械合金化法是通过高能球磨使材料实现固态反应而合金化的一种方法,自从1969年美国镍公司发明该法以来,其应用研究得以广泛的开展。近年来有关机械合金化法来制备TiC的研究报道很多,其工艺特点是以单质的Ti粉或者TiO2粉末、石墨粉为原料,通过高能球磨机的钢球对混合粉末产生强有力的撞击、搅拌和破碎作用,使原料粉末达到原子级紧密结合,然后再进行适当的热处理就可以合成TiC粉末。该法可使反应温度显著降低,但必须在真空或者可控气氛下进行。
 
(8)机械诱发自蔓延反应法(MSR)
 
机械诱发自蔓延反应法(MSR)或者机械合金化法燃烧合成,其反应过程一般分三个阶段;第一阶段是孕育期,也就是形成Ti/C复合粒子;第二阶段是MSR反应阶段,随着第一阶段晶体尺寸的降低和反应物接触面积的增大,反应物发生MSR反应的温度降低,Ti和C的绝热反应温度很高,此反应一旦被引发基本上可以按照SHS模式立即发生剧烈反应,球磨机械能造成整个粉末周围环境的温度升高和球与球之间的碰撞温度升高之和大于MSR反应的点燃温度,反应即发生:第三阶段随着球磨的进行晶粒继续细化。
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