[发明专利]自蔓延高温合成-化学反应炉制备碳化钛微粉的方法

说明书

本发明涉及一种难熔化合物的固相合成方法。

众所周知的碳化钛粉末具有高硬度、高熔点、高弹性模量和低导热率等系列优点，是工业部门广泛使用的高级磨料之一。其传统的合成工艺为：将钛或二氧化钛与碳的混合物置于真空的石墨的管式炉内，然后加热至2250℃左右下碳化。该法的主要缺点：不仅装置复杂、反应时间长、能耗高，而且获得碳化钛含碳量低、产品纯度差。近年来发展的自蔓延高温合成碳化钛工艺可以克服上述缺点，可使生产成本降低至原来的30～45％，但产品的粒度太粗，通常为90～100μm，不能满足商品碳化钛粒度≤10μm的要求，固而大大降低了自蔓延高温合成碳化钛工艺的竞争力。1991年，俄罗斯科学院结构宏观动力学研究所公开了一种自蔓延高温合成-热压法，在压力100MPa的条件下，成功地合成了粒度3～20μm的碳化钛粉末，但由于这种工艺装置复杂，故未见有工业化生产。

1988年，美国Munir.Z.A.提出了化学炉技术(chemical Oven)，该法将弱放热反应混合物放置在强放热反应混合物的内部，利用后者的强放热反应放出的热量来诱发前者的合成反应。并成功地制备得到B₄C、Al₄C₃、MoSi₂和WC。但由于这些高放热的化学炉外层的产物和化学炉内层的产物不是同一化学式的物系，因而造成化学炉外层产物污染内层反应产物。此外，由于冷却速度较小，故产品粒度亦较大，同样限制了该法的工业化应用。

本发明的目的：在于克服现有技术的上述缺点，提供一种自蔓延高温合成-化学反应炉法。由于在反应炉内层与外层的产物为同一化学式的物系，且反应物系的瞬时温度可高达2730℃左右，故反应可在数分钟内(一般为1～2分钟)完成，可获得粒度≤10μm微粉(一般在2～8μm之间)。

本发明构思是这样的：发明人在大量实验研究的基础上，根据产业部门对碳化钛磨料超细要求，对现有的化学炉技术进行了改进，提出了一种自蔓延高温合成-化学反应炉法来制备碳化钛微粉的设想，它主要包括二个内容：首先在自蔓延高温合成炉中制备获得中间化合物TiC_0.5()，然后将(TiC_0.5＋0.5C)混合物置于(Ti＋C)的混合物内部，即自蔓延高温合成-化学反应炉中的外层物料为(Ti＋C)，内层物料为(TiC_0.5＋0.5C)，利用外层(Ti＋C)混合物的自蔓延高温合成过程作为化学反应炉，当外层物料被点燃后，外层的(Ti＋C)的化学反应产生的高温使内层的(TiC_0.5＋0.5C)发生的化学反应，生成TiC。最终化学反应炉外层产物为TiC，化学反应炉内层的产物亦为TiC，两者的差别在于外层TiC的粒度在20～80μm之间，内层的TiC的粒度在2～8μm之间(可由电子显微镜观测之)。

本发明亦是这样实现的：先将由自蔓延高温合成炉中获得的TiC_0.5微粉＋0.5C充分混合后，模压成型，然后置于自蔓延高温合成-化学反应炉的内层，将(Ti＋C)混合物(亦可以模压成块)作为自蔓延高温合成-化学反应炉的外层，然后在常温、常压、氩气保护下，点燃外层物料进行自蔓延高温化学反应，外层Ti＋C混合物快速生成TiC，内层的(TiC_0.5＋0.5C)混合物在外层化学反应生成热的高温作用下亦快速生成TiC微粉。外层产物的粒度为20～80μm，内层产物的粒度为2～8μm，可以分别作为不同工业用途的磨料。内层的(TiC_0.5＋0.5C)之所以必须进行模压成型，其目的在于便于分离，以获得粒度均匀的TiC微粉。

下面将结合附图和实施例进步阐明本发明的内容，但附图和实施例并不限制本发明的保护范围。

图1自蔓延高温合成-化学反应炉法制备TiC原理示意图

其中：1——电热丝或电孤点燃器。

      2——炉子外壳。

      3——外层(Ti＋C)物系。

      4——内层核心为模压成块的(TiC_0.5＋0.5C)物系。

在图1所示的装置中，外层物系生成无定形的粒度为20～80μm的TiC产品，内层物系生成形貌呈三枝纺锤形的粒度为2～8μm的TiC产品。

图2自蔓延高温合成TiC_0.5的原理示意图