專利名稱：一種納米碳化鉻粉末的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供了一種納米碳化鉻粉末的制備方法，屬于納米陶瓷粉體制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
碳化鉻具有較高的熔點、硬度和高溫強度，在冶金、電子、催化劑和高溫涂層材料 等方面具有廣泛應(yīng)用。其中，碳化鉻作為晶粒抑制劑在硬質(zhì)合金、金屬陶瓷領(lǐng)域具有重要作用。工業(yè)應(yīng)用 中需要的是粒度細(xì)、相組成單一的碳化鉻粉末，例如在制備超細(xì)硬質(zhì)合金時，WC粉的粒徑要 小于200nm，燒結(jié)時要采用高壓低溫的HIP燒結(jié)技術(shù)，另外還要加入Cr3C2晶粒長大抑制劑。 如果采用粉末粒度為2 5 μ m Cr3C2作為晶粒長大抑制劑，則會由于顆粒粗大的Cr3C2粉末 比表面小、表面活化能低、原子遷移速度慢，而難以抑制WC的晶粒長大，從而導(dǎo)致超細(xì)硬質(zhì) 合金的性能難以得到進(jìn)一步提高。因此，高性能超細(xì)硬質(zhì)合金等領(lǐng)域迫切需要納米級碳化 鉻粉末。但是，制備碳化鉻粉末通常采用Cr2O3與碳黑混合高溫還原碳化法。例如，1996年 汪兆泉等人在專利CN1176224A中提出了碳化鉻粉末的制備方法采用氧化鉻為主要原料， 用碳作還原劑，按照一定的配比和工藝路線，生產(chǎn)出含碳量在12%以上、碳化率在99%以 上的碳化鉻。該方法工藝簡單，但由于原料粒度較粗，不利于碳化反應(yīng)，碳化溫度較高，造成 生產(chǎn)成本較高，并且產(chǎn)物粒度較粗，不能滿足碳化鉻粉末在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用。另外，2004年吳恩熙等人在專利CN1724349A中提出了納米碳化鉻粉末的制備方 法將Cr2O3溶解于有機物溶液中，溶液濃度為10% 20% ；溶液在離心式噴霧干燥機中進(jìn) 行噴霧干燥，得到含有鉻的絡(luò)合物和游離有機物的混合粉末，粉末形狀為多孔、疏松的空心 球體。將此粉末在保護氣氛中，500 600°C進(jìn)行焙解，得到Cr2O3與原子級別游離C的均勻 混合的粉末，在850 1000°C下，H2/CH4碳化40 90分鐘可制得粉末平均粒度為0. 1微 米，晶粒尺寸為20 60納米的納米碳化鉻粉末。該方法具有很多優(yōu)點，如較低的反應(yīng)溫度、 較短的反應(yīng)時間等；但也存在一些缺點，如工藝較復(fù)雜，采用H2或吐/014碳化，增加了生產(chǎn) 成本。2006年郝俊杰等人在專利CN100357187C中提供了一種納米碳化鉻粉末的制備 方法。該方法以重鉻酸銨、水合胼、納米碳黑、酚醛樹脂為原料，制備工藝為合成非晶納米 Cr2O3 —配制酚醛樹脂乙醇溶液一球磨(2-8h)—干燥(l-2h)—真空碳化一球磨(2_8h)— 干燥一過篩一產(chǎn)品。該方法具有較高的創(chuàng)新性，并且合成的粉末達(dá)到了納米級，但是工藝較 復(fù)雜，浪費能源，生產(chǎn)成本較高，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。美國Rutger大學(xué)的Sadangi等人利用“噴霧干燥一還原分解一氣相碳化”工 藝制備了 粒度為 0. 6μπι 的 Cr3C2 粉末(參見 R. K. Sadangi，L. E. McCandlish, B. H. Kear, P. Seegopaul. Synthesis and characterization of submicron vanadiumand chromium carbide grain growth inhibitors. Advances in Powder Metallurgy&Particular Materials, 1998 :P9-P 15)。其工藝過程為首先制備含Cr的前驅(qū)體溶液，然后進(jìn)行噴霧干燥，再將噴霧干燥的粉末進(jìn)行熱解，將熱解后的產(chǎn)物用CH4/H2混合氣體進(jìn)行氣相碳化。該方法存在的主要問題是工藝較復(fù)雜，并且制得的碳化鉻粉末的粒度偏大，不能滿足碳化鉻粉 末在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用。Cintho等人通過高能球磨鉻粉和石墨粉，隨后在800°C、2h條件下，氬氣氣氛中 進(jìn)行熱處理，最終得到碳化鉻粉末(Cr3C2和Cr7C3)(參見0. M. Cintho, E. A. P. Favilla, J.D.T.Capocchi. Mechanical-thermal synthesis of chromiumcarbides[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2007,439 (1-2) :189_195.)。該方法存在的主要問題是工藝較復(fù) 雜，并且制得的碳化鉻粉末的粒度偏大，不能滿足碳化鉻粉末在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用。因此，為了節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本，有必要探索一種低成本、工藝簡單的納米碳 化鉻粉末的制備方法，以便更好地滿足碳化鉻粉末在冶金、電子、催化劑和高溫涂層材料等 領(lǐng)域的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可滿足碳化鉻粉末在冶金、電子、催化劑和高溫涂層 材料等領(lǐng)域的應(yīng)用的納米碳化鉻粉末的制備方法。該方法具有節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本，且 工藝簡單特點，本發(fā)明的納米碳化鉻粉末的制備方法包括以下步驟a、按重量比取粉狀鉻鹽6. 6g 15. Og和碳質(zhì)還原劑1. 7g 4. 3g，將它們?nèi)苡谌?離子水或蒸餾水中，并攪拌均勻，制得溶液或混合液；b、然后將該溶液或混合液在100 200°C條件下加熱1 3h，在50 100°C條件 下干燥1 5h，最后得到含有鉻源和碳源的前驅(qū)體粉末；C、將前驅(qū)體粉末置于高溫反應(yīng)爐中，真空、氬氣或氫氣氣氛保護條件下，于800 1100°C、0. 5 2h條件下碳化得到平均粒徑< lOOnm，粒度分布均勻的碳化鉻粉末。本發(fā)明中所述粉狀鉻鹽是鉻酸銨或重鉻酸銨中的任意一種或其混合物。本發(fā)明中所述碳質(zhì)還原劑為納米碳黑、納米活性炭、葡萄糖、淀粉或蔗糖中的任意一種。本發(fā)明中所述高溫反應(yīng)爐為碳管爐、管式爐、感應(yīng)爐、微波燒結(jié)爐、回轉(zhuǎn)爐、推板窯 或隧道窯中的任意一種。本發(fā)明相比現(xiàn)有制備碳化鉻粉末的方法具有以下有益效果(1)原料豐富、價格低廉。本發(fā)明以鉻鹽和碳質(zhì)還原劑為原料，來源豐富，價格低 廉，節(jié)約成本。(2)反應(yīng)溫度低，反應(yīng)時間短，節(jié)約能源。采用前驅(qū)體碳化法制備納米碳化鉻粉末， 大大降低了反應(yīng)溫度，縮短了反應(yīng)時間，可以在800 1100°C、0.5 2h條件下制備納米碳 化鉻粉末，大大節(jié)約了能源。(3)工藝簡單。本發(fā)明可一次碳化完成，避免了將鉻鹽預(yù)還原成鉻的低價氧化物， 再進(jìn)行碳化，工藝簡單，操作方便，適合工業(yè)化生產(chǎn)。(4)成分單一，粒度均勻、細(xì)小。反應(yīng)生成的碳化鉻粉末粒度< lOOnm，粒徑分布范 圍較窄，且雜質(zhì)含量少；可以滿足碳化鉻粉末在冶金、電子、催化劑和高溫涂層材料等領(lǐng)域 的應(yīng)用。
具體實施例方式實施例1 按重量比取8. 29g重鉻酸銨、1. 71g納米碳黑置于50ml去離子水中，攪拌后得到混 合均勻的混合液，將混合液置于干燥箱中，在100 200°C條件下加熱1 3h，之后在50 100°C條件下干燥1 5h，最后得到含有鉻源和碳源的前驅(qū)體粉末；將所得前驅(qū)體粉末置于 真空碳管爐中，在真空條件下，于800 110(TC、0. 5 2h條件下碳化還原，制得平均粒徑 < lOOnm、粒度分布均勻的納米碳化鉻粉末。實施例2 按重量比取8. 29g重鉻酸銨、1. 71g納米活性炭置于50ml去離子水中，攪拌后得 到混合均勻的混合液，將混合液置于干燥箱中，在100 200°C條件下加熱1 3h，之后在 50 100°C條件下干燥1 5h，最后得到含有鉻源和碳源的前驅(qū)體粉末；將所得前驅(qū)體粉 末置于管式爐中，在氬氣或氫氣氣氛保護條件下，于800 110(rc、0. 5 2h條件下碳化還 原，制得平均粒徑< lOOnm、粒度分布均勻的納米碳化鉻粉末。實施例3 按重量比取8. 29g重鉻酸銨、4. 28g葡萄糖溶于50ml去離子水中，攪拌后得到混合 均勻的溶液，將溶液置于干燥箱中，在100 200°C條件下加熱1 3h，之后50 100°C條件 下干燥1 5h，最后得到含有鉻源和碳源的前驅(qū)體粉末；將所得前驅(qū)體粉末置于真空碳管 爐中，在真空條件下，于800 1000°C、0. 5 2h條件下碳化還原，制得平均粒徑< lOOnm、 粒度分布均勻的納米碳化鉻粉末。實施例4 按重量比取8. 29g重鉻酸銨、4. 06g蔗糖溶于50ml去離子水中，攪拌后得到混合均 勻的溶液，將溶液置于干燥箱中，在100 200°C條件下加熱1 3h，之后在50 100°C條 件下干燥1 5h，最后得到含有鉻源和碳源的前驅(qū)體粉末。將所得前驅(qū)體粉末置于管式爐 中，在氬氣或氫氣氣氛保護條件下，于800 1000°C、0. 5 2h條件下碳化還原，制得平均 粒徑< lOOnm、粒度分布均勻的納米碳化鉻粉末。實施例5:按重量比取6. 67g鉻酸銨、2. 07g淀粉置于50ml去離子水中，攪拌后得到混合均勻的溶液，將溶液置于干燥箱中，在100 200°C條件下加熱1 3h，之后在50 100°C條件 下干燥1 5h，最后得到含有鉻源和碳源的前驅(qū)體粉末；將所得前驅(qū)體粉末置于真空碳管 爐中，在真空條件下，于800 1100°C、0. 5 2h條件下碳化還原，制得平均粒徑< lOOnm、 粒度分布均勻的納米碳化鉻粉末。實施例6 按重量比取6. 67g鉻酸銨、8. 29g重鉻酸銨和2. 58g納米碳黑置于50ml去離子水 中，攪拌后得到混合均勻的混合液，將混合液置于干燥箱中，在100 200。C條件下加熱1 3h，之后在50 100°C條件下干燥1 5h，最后得到含有鉻源和碳源的前驅(qū)體粉末；將所得 前驅(qū)體粉末置于管式爐中，在氬氣或氫氣氣氛保護條件下，于800 IlOiTC、0. 5 2h條件 下碳化還原，制得平均粒徑< lOOnm、粒度分布均勻的納米碳化鉻粉末。
權(quán)利要求
一種納米碳化鉻粉末的制備方法，其特征在于所述方法包括以下步驟a、按重量比取粉狀鉻鹽6.6g～15.0g和碳質(zhì)還原劑1.7g～4.3g，將它們?nèi)苡谌ルx子水或蒸餾水中，并攪拌均勻，制得溶液或混合液；b、然后將該溶液或混合液在100～200℃條件下加熱1～3h，在50～100℃條件下干燥1～5h，最后得到含有鉻源和碳源的前驅(qū)體粉末；c、將前驅(qū)體粉末置于高溫反應(yīng)爐中，真空、氬氣或氫氣氣氛保護條件下，于800～1100℃、0.5～2h條件下碳化得到平均粒徑＜100nm，粒度分布均勻的碳化鉻粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米碳化鉻粉末的制備方法，其特征在于所述粉狀鉻鹽是 鉻酸銨或重鉻酸銨中的任意一種或其混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米碳化鉻粉末的制備方法，其特征在于所述碳質(zhì)還原劑 為納米碳黑、納米活性炭、葡萄糖、淀粉或蔗糖中的任意一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米碳化鉻粉末的制備方法，其特征在于所述高溫反應(yīng)爐 為碳管爐、管式爐、感應(yīng)爐、微波燒結(jié)爐、回轉(zhuǎn)爐、推板窯或隧道窯中的任意一種。
全文摘要
一種納米碳化鉻粉末的制備方法，其特征在于所述方法包括以下步驟a、按重量比取粉狀鉻鹽6.6g～15.0g和碳質(zhì)還原劑1.7g～4.3g，將它們?nèi)苡谌ルx子水或蒸餾水中，并攪拌均勻，制得溶液或混合液；b、然后將該溶液或混合液在100～200℃條件下加熱1～3h，在50～100℃條件下干燥1～5h，最后得到含有鉻源和碳源的前驅(qū)體粉末；c、將前驅(qū)體粉末置于高溫反應(yīng)爐中，真空、氬氣或氫氣氣氛保護條件下，于800～1100℃、0.5～2h條件下碳化得到平均粒徑＜100nm，粒度分布均勻的碳化鉻粉末。本發(fā)明不僅可滿足碳化鉻粉末在冶金、電子、催化劑和高溫涂層材料等領(lǐng)域的應(yīng)用，并具有節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本，且工藝簡單特點。
文檔編號C01B31/30GK101830463SQ20101018619
公開日2010年9月15日 申請日期2010年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月31日
發(fā)明者關(guān)春龍, 左宏森, 王春華, 趙志偉, 鄒文俊, 鄭紅娟 申請人:河南工業(yè)大學(xué)