專利名稱：二硼化鈦-碳化鈦復(fù)相陶瓷微粉的自蔓延高溫合成制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新型陶瓷粉末材料制備技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種以純Ti粉和B4C粉為原 料，采用自蔓延高溫合成法制備二硼化鈦_碳化鈦復(fù)相微粉陶瓷材料的方法。
背景技術(shù)：
二硼化鈦(TiB2)具有高熔點(diǎn)(3253 °C )、低密度(4. 52g/cm3)、高硬度(HV = 34GPa)、極好的化學(xué)穩(wěn)定性和優(yōu)良的導(dǎo)熱、導(dǎo)電、耐磨、抗高溫氧化(能抗110(TC以下的氧 化)等性能，兼有結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷雙重用途，主要應(yīng)用于制作導(dǎo)電陶瓷材料，陶瓷切削 刀具及模具，復(fù)合陶瓷材料，鋁電解槽陰極涂層材料，PTC發(fā)熱陶瓷材料和柔性PTC材料， Al、 Fe、 Cu等金屬材料的強(qiáng)化劑，金屬基表面耐高溫、抗腐蝕涂層材料。碳化鈦(TiC)具有 高硬度(HV = 30GPa)、高熔點(diǎn)(3160°C )、高彈性模量、低導(dǎo)熱率(21W/(m *k))、化學(xué)穩(wěn)定性 好和電阻率低(60 Q ，cm(室溫))等諸多優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于制造耐磨材料，切削刀具，磨 料，模具，熔煉金屬坩堝，粉末冶金等諸多領(lǐng)域。二硼化鈦(TiB2)和碳化鈦(TiC)組合成復(fù) 相陶瓷顆粒，具有TiB2和TiC的復(fù)合性能，在非氧化物陶瓷、超硬合金和高強(qiáng)高導(dǎo)金屬基復(fù) 合材料中經(jīng)常作為主要的強(qiáng)化相，受到廣泛關(guān)注。 在非氧化物陶瓷、超硬合金和高強(qiáng)高導(dǎo)金屬基復(fù)合材料的傳統(tǒng)制備工藝中，都是 先制備單獨(dú)的TiB2和TiC粉末，然后通過(guò)粉末冶金等方法將這兩種粉末加入到相應(yīng)的基體 中。 TiB2粉末的傳統(tǒng)制備工藝為將鈦或氧化鈦與氧化硼或碳化硼以及碳的混合物進(jìn) 行高溫碳化還原，工藝生產(chǎn)裝置復(fù)雜、反應(yīng)溫度高、時(shí)間長(zhǎng)、能耗巨大，且獲得的二硼化鈦晶 粒粗大、含硼量低、產(chǎn)品純度差。中國(guó)專利CN105533A報(bào)道了 1450 170(TC下基于活性炭 為還原劑、五硼酸銨為硼源及二氧化鈦為鈦源的二硼化鈦陶瓷粉末炭還原合成方法，產(chǎn)品 粒度10 ii m左右，較為粗大，且合成溫度高，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。中國(guó)專利CN1341576A報(bào)道了另 一種自蔓延高溫合成還原法制備TiB2陶瓷微粉的方法，將Ti02、B203和金屬M(fèi)g粉末均勻混 合并模壓成型，然后在常溫常壓下置于氬氣保護(hù)的自蔓延高溫合成裝置中，點(diǎn)火燃燒，燃燒 產(chǎn)物經(jīng)破碎、酸洗后得到TiB2陶瓷微粉，平均粒徑為5ym左右，但制備過(guò)程仍然較長(zhǎng)、較復(fù) 雜。 TiC粉末的傳統(tǒng)的制備工藝是將鈦或二氧化鈦與碳的混合物置于真空的石墨管式 爐內(nèi)，然后加熱至220(TC以上高溫下進(jìn)行碳化，具有裝置復(fù)雜、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、能耗高、碳化鈦 產(chǎn)品含碳量低、產(chǎn)品純度差等缺點(diǎn)。諸多研究表明，自蔓延高溫合成碳化鈦工藝可以克服這 些缺點(diǎn)，使生產(chǎn)成本大幅度降低，但所得碳化鈦粉末顆粒粗大(100 y m左右)，不能滿足商 品化碳化鈦對(duì)顆粒小于等于10 ii m的要求，影響了該工藝的競(jìng)爭(zhēng)力。1991年，俄羅斯人公開(kāi) 了自蔓延_熱壓制備碳化鈦微粉的方法，所得碳化鈦粒度達(dá)到3 20 ii m，但由于工藝裝置 太復(fù)雜而影響工業(yè)化生產(chǎn)。中國(guó)專利CN1135457A報(bào)道了一種自蔓延高溫合成_化學(xué)反應(yīng) 爐制備碳化鈦微粉的方法，先將中間化合物TiC。.5+0. 5C混合物模壓成型后置于(Ti+C)混
3合物的內(nèi)部，然后在常溫常壓氬氣保護(hù)下置于自蔓延高溫合成_化學(xué)反應(yīng)爐中，點(diǎn)火燃燒， 使外層的(Ti+C)快速反應(yīng)生成粒徑20 80 ii m的TiC產(chǎn)品，并同時(shí)利用外層物系放出反 應(yīng)熱使內(nèi)層的(TiC。.5+0.5C)快速反應(yīng)生成粒徑< 10iim的TiC產(chǎn)品。該工藝的不足之處 是制備工藝和裝置較復(fù)雜，所得TiC顆粒較粗，且顆粒不均勻。 綜上可知，已有的TiB2和TiC粉末制備技術(shù)都存在工藝和制備復(fù)雜、成本較高、產(chǎn)
品質(zhì)量不高等不同程度的不足之處，而且都是單獨(dú)制備一種粉末，然后再將二者混合添加 于基體材料中，無(wú)形中增加了非氧化物陶瓷、超硬合金和高強(qiáng)高導(dǎo)金屬基復(fù)合材料的生產(chǎn)
成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種以純Ti粉和B4C粉為原料，采用 自蔓延高溫合成法制備二硼化鈦_碳化鈦復(fù)相微粉陶瓷材料的方法，縮短工藝路線，降低 生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。 本發(fā)明制備二硼化鈦_碳化鈦復(fù)相微粉陶瓷材料的技術(shù)方案是以粒度均小于 100目，純度均大于99 %的Ti粉和B4C粉為原料，將Ti粉和B4C粉按3 : 1 (mole)的比例
進(jìn)行均勻混合，然后把球料比為io : i ioo : i的鋼球和混合粉末在充滿氬氣的手套箱
中放入高能球磨機(jī)球磨罐中，使球料混合物占球磨罐內(nèi)腔體積的10 50%，然后在室溫下 以1000 2000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進(jìn)行高能球磨3 10小時(shí)，使混合粉末在球磨中過(guò)程中發(fā)生 顆粒細(xì)化和晶粒細(xì)化，改善顆粒分布均勻性，極大提高粉末活性，降低反應(yīng)活化能；隨后，將 球磨后的混合粉末冷壓成型；然后，用電弧點(diǎn)燃?jí)号鳙@得燃燒產(chǎn)物；最后，破碎燃燒產(chǎn)物， 得到TiB廠TiC復(fù)相微粉陶瓷材料，粉末平均粒徑為2 8 i！ m。 本發(fā)明以純Ti粉和B4C粉為原料，采用球磨和自蔓延高溫合成制備TiB廠TiC復(fù)相 微粉陶瓷材料，通過(guò)對(duì)制備工藝參數(shù)的控制，利用Ti粉和純B4C粉合成制備TiB2-TiC復(fù)相 微粉陶瓷材料，縮短工藝路線，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，以實(shí)現(xiàn)TiB2-TiC復(fù)相陶瓷材 料的大規(guī)模廣泛應(yīng)用。
具體實(shí)施例方式
下面以實(shí)例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容并不限于此。
實(shí)施例1 :以粒度均為150目，純度均為99.9X的Ti粉和B4C粉為原料，將Ti粉 和B4C粉按摩爾比為3 : 1的比例進(jìn)行均勻混合，然后把球料比為20 : l的鋼球和混合 粉末在充滿氬氣的手套箱中放入高能球磨機(jī)球磨罐中，使球料混合物占球磨罐內(nèi)腔體積的 15%，在室溫下以1000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進(jìn)行高能球磨3小時(shí)；隨后，將球磨后的混合粉末冷壓 成①30mmX30mm的圓柱坯；然后，在真空室內(nèi)用電弧點(diǎn)燃?jí)号鳙@得燃燒產(chǎn)物；最后，破碎燃 燒產(chǎn)物，得到TiB廠TiC復(fù)相微粉陶瓷材料，粉末平均粒徑約為7. 5 i！ m。
實(shí)施例2 :以粒度均為200目，純度均為99. 9 %的Ti粉和B4C粉為原料，將Ti粉和 B4C粉按3 : l(mole)的比例進(jìn)行均勻混合，然后把球料比為40 : 1的鋼球和混合粉末在 充滿氬氣的手套箱中放入高能球磨機(jī)球磨罐中，使球料混合物占球磨罐內(nèi)腔體積的25%， 在室溫下以1500轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進(jìn)行高能球磨6小時(shí)；隨后，將球磨后的混合粉末冷壓成 ①30mmX30mm的圓柱坯；然后，在真空室內(nèi)用電弧點(diǎn)燃?jí)号鳙@得燃燒產(chǎn)物；最后，破碎燃燒產(chǎn)物，得到TiB2-TiC復(fù)相微粉陶瓷材料，粉末平均粒徑約為4. 5 m。 實(shí)施例3 :以粒度均為300目，純度均為99. 9 %的Ti粉和B4C粉為原料，將Ti粉和 B^粉按3 : l(mole)的比例進(jìn)行均勻混合，然后把球料比為80 : 1的鋼球和混合粉末在 充滿氬氣的手套箱中放入高能球磨機(jī)球磨罐中，使球料混合物占球磨罐內(nèi)腔體積的35%， 在室溫下以2000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進(jìn)行高能球磨9小時(shí)；隨后，將球磨后的混合粉末冷壓成 ①30mmX30mm的圓柱坯；然后，在真空室內(nèi)用電弧點(diǎn)燃?jí)号鳙@得燃燒產(chǎn)物；最后，破碎燃燒 產(chǎn)物，得到TiB廠TiC復(fù)相微粉陶瓷材料，粉末平均粒徑約為2. 5 i！ m。
權(quán)利要求
一種二硼化鈦-碳化鈦復(fù)相陶瓷微粉的自蔓延高溫合成制備方法其特征在于以粒度均小于100目，純度均大于99％的Ti粉和B4C粉為原料，將Ti粉和B4C粉按3∶1摩爾比均勻混合后在室溫下以1000～2000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進(jìn)行高能球磨3～10小時(shí)；然后，將球磨后的混合粉末冷壓成型；隨后，在真空室內(nèi)用電弧點(diǎn)燃?jí)号鳙@得燃燒產(chǎn)物；最后，破碎燃燒產(chǎn)物，得到TiB2-TiC復(fù)相微粉陶瓷材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種二硼化鈦-碳化鈦復(fù)相陶瓷微粉的自蔓延高溫合成制備 方法，其特征在于所述的高能球磨時(shí)，把球料比為20 80 : l的鋼球和混合粉末在充滿 氬氣的手套箱中放入球磨罐中，使球料混合物占球磨罐內(nèi)腔體積的15 35%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種二硼化鈦-碳化鈦復(fù)相陶瓷微粉的自蔓延高溫合成制備 方法，其特征在于得到TiB廠TiC復(fù)相微粉陶瓷材料的粉末平均粒徑為2 8 i！ m。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種二硼化鈦-碳化鈦復(fù)相陶瓷微粉的自蔓延高溫合成制備方法以粒度均小于100目，純度均大于99％的Ti粉和B4C粉為原料，將Ti粉和B4C粉按3∶1(mole)的比例均勻混合后在室溫下以1000～2000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進(jìn)行高能球磨3～10小時(shí)；然后，將球磨后的混合粉末冷壓成型；隨后，在真空室內(nèi)用電弧點(diǎn)燃?jí)号鳙@得燃燒產(chǎn)物；最后，破碎燃燒產(chǎn)物，得到TiB2-TiC復(fù)相微粉陶瓷材料，粉末平均粒徑為2～8μm。本發(fā)明以純Ti粉和B4C粉為原料，采用球磨和自蔓延高溫合成制備TiB2-TiC復(fù)相微粉陶瓷材料，具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成本低、產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C04B35/64GK101704678SQ20091009517
公開(kāi)日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月11日
發(fā)明者朱心昆, 李才巨, 趙昆渝, 陳鐵力, 陶靜梅 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)