基于溶膠-凝膠法Ti(C,N)基金屬陶瓷復(fù)合粉體的制備.pdf

1、本文以鈦酸四丁脂、蔗糖、鉬酸銨、硝酸鎳為原料,采用溶膠-凝膠法結(jié)合碳熱反應(yīng),在常規(guī)燒結(jié)與微波燒結(jié)條件下分別制備了Ti(C,N)基金屬陶瓷復(fù)合粉末。研究了TiO2→TiC→Ti(C,N)基金屬陶瓷復(fù)合粉末的演化過程,分析了其初步的反應(yīng)機(jī)理,采用正交實(shí)驗(yàn)確定了制備Ti(C,N)基金屬陶瓷復(fù)合粉末影響因子的工藝參數(shù),在采用微波燒結(jié)時(shí)通過對(duì)溶膠前驅(qū)體中不同溶鹽的加入所引起物相成份的變化,分析了其熱力學(xué)初步形成機(jī)理,并對(duì)其保溫工藝進(jìn)行了探討。結(jié)果

2、表明:
　　(1)在TiO2前驅(qū)體粉末的制備過程中,乙酸做為鈦酸四丁酯水解溶液的穩(wěn)定劑參與抑制水解,在pH=3的溶膠中,-OR基被醋酸部分取代為聚合的醋酸鈦。前驅(qū)體粉末在275℃左右發(fā)生了,醇縮聚與失水縮聚,失重率達(dá)30％;在450℃時(shí)發(fā)生了銳鈦礦向紅寶石的晶型轉(zhuǎn)向。在900℃時(shí)金紅石的含量為約為90%,銳鈦礦的含量約為10%;采用謝樂公式對(duì)XRD實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了計(jì)算,其結(jié)果表明400℃時(shí)晶粒尺寸為18nm,900℃時(shí)為21nm,晶

3、粒尺寸隨著溫度的上升變大。
　　(2)在TiC粉末的制備過程中隨著熱處理溫度的升高試樣的物相演變順序?yàn)?TiO2-Anatase→TiO2-Rutile→TixOy(x=2,3,4;y=3,5,7)→TiC;從碳源的選擇來看,蔗糖在較低溫度(1400℃)下能生成了TiC,而以碳黑為碳源時(shí)在1400℃下則不能生成TiC;通過熱力學(xué)理論計(jì)算結(jié)合XRD實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在制備TiC的碳熱反應(yīng)中其化學(xué)反應(yīng)主要為TiO2(s)+3C(s)→Ti

4、C(s)+2CO(g)。
　　(3)在常規(guī)加熱制備Ti(C,N)金屬陶瓷粉末的過程中,采用正交實(shí)驗(yàn)確定了最佳的工藝影響參數(shù):當(dāng)PH為4,摩爾質(zhì)量比m(H2O/Ti(OBu)4)為6時(shí)凝膠時(shí)間較短,顆粒綜合狀況最好。以溶膠-凝膠法結(jié)合碳熱還原法在1400℃下成功的制備了純度較高,從分子或原子層次均勻混合金屬粘結(jié)相的Ti(C,N)-Mo2C-Ni金屬陶瓷粉末,且粉末粒徑小。
　　(4)在采用微波燒結(jié)制備Ti(C,N)金屬陶瓷粉末

5、時(shí)在溶膠前驅(qū)體中加入KCl,1250℃下保溫30分鐘時(shí)出現(xiàn)了新相TiN,表明產(chǎn)生了取代反應(yīng),說明TixOy中的氧原子被氮原子所取代。當(dāng)加入NaCl時(shí),在1250℃,保溫30分鐘時(shí)產(chǎn)生了Ti(C,N)相,在較低溫度(1250℃)下發(fā)生了化學(xué)反應(yīng),說明NaCl熔鹽結(jié)合微波燒結(jié)能夠降低生成Ti(C,N)相的反應(yīng)溫度。同時(shí)發(fā)現(xiàn)在微波燒結(jié)制備Ti(C,N)基金屬陶瓷復(fù)合粉末的燒結(jié)溫度中,1250℃比較合理。當(dāng)有NaCl加入,在1250℃,不同保溫