[发明专利]一种碳化钛纳米颗粒的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机材料技术领域，涉及一种利用溶胶-凝胶法和碳热还原工艺制备碳化钛纳米颗粒的制备方法。

背景技术

碳化钛（TiC）具有许多优异的物理和化学性能，如高熔点、高硬度、低密度、耐腐蚀和氧化、高的杨氏模量、抗磨损、良好的导热性和抗热震性能，因而在切割材料、研磨和耐磨材料、航天材料等领域有广阔的应用空间。工业上一般采用二氧化钛和炭黑为原料，在2200°C左右碳热还原反应24小时来制备碳化钛。另外，碳化钛还可以通过镁热还原反应来制备，该方法制备温度较低，在900~1100°C，但是镁的引入使得合成工艺更加烦杂，得到的碳化钛纯度有一定程度降低。而且，目前文献报道的碳化钛纳米颗粒较大，在100nm左右。

发明内容

本发明的目的是为了改进现有技术存在的不足而提供一种碳化钛纳米颗粒的制备方法，该方法工艺简单，可以制备出粒径小，比表面积大的碳化钛纳米颗粒。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种碳化钛纳米颗粒的制备方法，其具体步骤如下：

（1）将间苯二酚、甲醛、无水碳酸钠、乙醇按摩尔比为1∶2∶（0.002~0.01）∶（3.5~10）混合均匀后在40~70°C下反应10~120分钟得到碳溶胶；

（2）将钛源、硝酸、去离子水、乙醇按摩尔比为1∶（0.2~0.4）∶（2~8）∶（15~35）混合均匀配成溶液；其中先将钛源、硝酸和总量25~75%的乙醇混合均匀，然后加入去离子水和剩余的乙醇配成溶液；在5~25°C下搅拌5~15分钟得到钛溶胶；

（3）将步骤（1）中得到的碳溶胶与步骤（2）中得到的钛溶胶，按中间苯二酚与钛源的摩尔比为1∶（0.5~2）混合均匀后进行溶胶-凝胶反应得到湿凝胶；

（4）将步骤（3）中得到的湿凝胶老化、常压干燥后得到碳化钛前驱体；

（5）将步骤（4）中得到的碳化钛前驱体在惰性气体保护下于1350~1550°C热处理1~10小时，得到含有余炭的碳化钛制品；

（6）将步骤（5）中得到的含有余炭的碳化钛制品在空气中500~700°C下煅烧2~4小时，经过盐酸洗涤、水洗、过滤、烘干，得到碳化钛纳米颗粒。

优选所述的钛源为钛酸四丁酯或钛酸四乙酯中的一种。

优选步骤（3）中所述的溶胶-凝胶反应的温度为20~50°C；反应时间为10~40分钟。

优选步骤（4）中所述的湿凝胶老化条件为：在60~75°C下老化1~5天；步骤（4）中所述的常压干燥条件为：在50~90°C下干燥24~48小时。

优选步骤（5）中所述的惰性气体为氦气或氩气中的一种。

本发明制备的介孔碳化硅材料可以用于高温隔热材料、陶瓷复合材料、切割材料、耐磨材料、光催化材料、航天材料等领域。

有益效果：

本发明方法制备的介孔碳化硅材料具有如下特点：

（1）原料廉价易得，工艺和设备简单，容易实现规模生产。

（2）碳化钛纳米颗粒径小、比表面积较大。

附图说明

图1为实例2制得的碳化钛纳米颗粒的XRD图谱。

具体实施方式

实例1

（1）将间苯二酚、甲醛、无水碳酸钠、乙醇按摩尔比为1∶2∶0.002∶3.5混合均匀后在40°C下预反应90分钟得到碳溶胶；

（2）将钛酸四丁酯、硝酸、去离子水、乙醇按摩尔比为1∶0.2∶4∶27混合均匀配成溶液；其中先将钛酸四丁酯、硝酸和总量25%的乙醇混合均匀，然后加入去离子水和剩余的乙醇配成溶液；在5°C下反应10分钟得到钛溶胶；

（3）将步骤（1）中得到的碳溶胶与步骤（2）中得到的钛溶胶混合均匀后在20℃下进行溶胶-凝胶反应40分钟得到湿凝胶，其中间苯二酚与钛酸四丁酯的摩尔比为1∶1；

（4）将步骤（3）中得到的凝胶在60°C下老化5天，然后在50°C下干燥48小时得到碳化钛前驱体；

（5）将步骤（4）中得到的碳化钛前驱体在氩气保护下于1350°C热处理10小时得到含有余炭的碳化钛制品；

（6）将步骤（5）中得到的含有余炭的碳化钛制品在空气中500°C下煅烧4小时，经过盐酸洗涤、水洗、过滤、烘干，得到碳化钛纳米颗粒。

制得的碳化钛纳米颗粒的平均粒径为16nm，比表面积为197m²/g。

实例2

（1）将间苯二酚、甲醛、无水碳酸钠、乙醇按摩尔比为1∶2∶0.01∶10混合均匀后在50°C下预反应60分钟得到碳溶胶；