纳米晶Ti(C,N)粉末制备工艺研究

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Ti(C,N)粉末是一种性能优良的非氧化物陶瓷材料。它具有高熔点、高硬度、耐磨、耐腐蚀、抗氧化等特性,并具有良好的导热性、导电性和化学稳定性,为工模具材料Ti(C,N)基金属陶瓷的主要原材料,同时广泛应用于机械化工,汽车制造和航空航天等许多领域。Ti(C,N)粉末特性对块体材料的性能影响很大,当Ti(C,N)粉末晶粒度为纳米级时,材料的性能将有显著的改善。因此,纳米晶Ti(C,N)粉末的制备及其组织结构性能的研究成为当前材料学科的研究热点之一。基于纳米晶Ti(C,N)粉末的制备技术的发展现状与研究进展,本文在实验室基础上以纳米级TiO2、纳米碳黑为原材料采用碳热还原氮化法直接合成纳米晶Ti(C,N)。通过化学成分分析、X 射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等分析手段研究了反应过程产物的相变化以及配碳量、反应温度、保温时间和氮气量对最终产物的影响规律,并在此基础上结合工业化生产条件进行小批量生产实验。研究结果表明:碳热还原氮化法制备Ti(C,N)粉末过程中反应产物的相变化为:纳米TiO2在900℃左右由锐钛矿型转变为金红石型,此时和C 并没发生反应;在1050℃时,TiO2与碳反应生成低价钛氧化物Ti3O5;继续加热到1200℃时,Ti3O5与C、N2反应生产中间相TiON,Ti3O5反应完全,有少量的Ti(C.N);到1250℃时,已经有一定量的Ti(C,N)生成,它是由部分中间相TiON 反应生成的;当温度升至1300℃时,基本上完全生成了Ti(C,N)。根据热力学分析,生成Ti(C,N)最适宜的温度应该在1260℃~1586℃之间。在本实验中,在1200℃即有Ti(C,N)生成,我们认为这可能是由于纳米级的原材料具有很大的比表面积,从而具有很大比表面能,导致反应在低于热力学反应温度下就可进行。
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