本發(fā)明屬于tic材料技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種致密tic材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
金屬碳化物是新型的非氧化物功能陶瓷，具有熔點高、強(qiáng)度大及耐磨損等優(yōu)點，如“一種以鉻鐵渣為主料的板狀cr7c3及其制備方法”(cn201510647704.2)專利技術(shù)，但制備工藝較復(fù)雜或能耗較大。因此，低成本、高性能的碳化物材料的制備直接影響其應(yīng)用范圍。
tic屬nacl型面心立方結(jié)構(gòu)，具有熔點高、硬度大和化學(xué)穩(wěn)定性好等特性，廣泛應(yīng)用于金屬陶瓷、硬質(zhì)合金、耐磨材料和高溫真空器件等領(lǐng)域。目前，制備tic材料的方法主要為直接碳化法和碳熱還原法。
采用直接碳化法制備tic，一般以ti為鈦源或輔以其他金屬，在惰性氣體保護(hù)和高溫條件下，與炭黑或其他碳源發(fā)生碳化反應(yīng)。采用直接碳化法制備tic，一方面碳化反應(yīng)的溫度較高，能耗大，無疑增大了tic的制備成本；另一方面，在碳化反應(yīng)過程中往往還需要引入其他添加劑，如ni和co等，進(jìn)而導(dǎo)致制備tic過程中容易產(chǎn)生新的雜質(zhì)相，降低了tic的純度。
采用碳熱還原法制備tic，主要以炭黑（或納米炭黑、樹脂等碳源）和tio2為原料，經(jīng)預(yù)混后在一定氣氛條件下熱處理。采用碳熱還原法制備tic，可利用c氧化過程中釋放的大量熱量而降低還原反應(yīng)的溫度，但難以實現(xiàn)對過量c的精確控制，易導(dǎo)致tio2的還原不夠徹底而形成中間相（tio），降低了tic材料的純度。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，目的是提供一種工藝簡單和生產(chǎn)成本低的致密tic材料的制備方法。用該方法所制備致密tic材料純度高、結(jié)晶好和致密化程度優(yōu)良。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案的具體步驟是：
步驟一、按鈦鐵渣︰棕剛玉的質(zhì)量比為100︰(2~5)配料，球磨至粒度≤100μm，得到鈦鐵渣粉末。
步驟二、按所述鈦鐵渣粉末︰焦炭粉的質(zhì)量比為100︰(5~10)配料，混合10~15分鐘，得到混合粉末。
步驟三、將所述混合粉末加入真空電弧爐中，在小于0.1pa條件下，升溫至1930~2005℃，保溫0.5~1小時；除去上層浮渣，隨爐冷卻至室溫，破碎至1~2mm，制得前驅(qū)體tic材料。
步驟四、按前驅(qū)體tic材料︰鹽酸溶液的質(zhì)量比為1︰(4~7)，向所述前驅(qū)體tic材料中加入濃度為1~2mol/l的所述鹽酸溶液，攪拌20~30分鐘，依次水洗和抽濾4~5次，微波干燥，即得致密tic材料。
所述鈦鐵渣為冶煉鈦鐵合金所產(chǎn)生的爐渣，所述鈦鐵渣的主要化學(xué)成分是：al2o3含量為65~75wt%，tio2含量為5~15wt%，cao含量為5~8wt%。
所述棕剛玉的al2o3含量≥96wt%。
所述焦炭粉的粒度≤100μm；所述焦炭粉的c含量≥93wt%。
所述鹽酸為分析純。
由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果：
1、本發(fā)明以固體廢棄物——鈦鐵渣為主要原料，經(jīng)碳化反應(yīng)提取有價組分進(jìn)而制備tic，不僅能有效利用廢棄物資源，且能顯著降低致密tic材料的制備成本。
2、本發(fā)明利用鈦鐵渣中雜質(zhì)組分在高溫條件下形成的液相，大大降低了碳化反應(yīng)的溫度，增大碳化反應(yīng)速率，促進(jìn)tic材料的結(jié)晶，增強(qiáng)了致密tic材料的致密度。
3、本發(fā)明利用還原過程中的“固相-液相”分層沉降，隔絕tic與外界環(huán)境的接觸，提高了致密tic材料的純度。
本發(fā)明制備的致密tic材料經(jīng)測定：晶粒度為4~7μm；真密度為4.33~4.38g/cm3；氣孔率為0.2~0.7%。
因此，本發(fā)明具有工藝簡單和生產(chǎn)成本低的特點，用該方法制備的致密tic材料純度高、結(jié)晶好和致密化程度優(yōu)良。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，并非對其保護(hù)范圍的限制：
為避免重復(fù)，先將本具體實施方式所涉及的原料統(tǒng)一描述如下，實施例中不再贅述：
所述鈦鐵渣為冶煉鈦鐵合金所產(chǎn)生的爐渣，所述鈦鐵渣的主要化學(xué)成分是：al2o3含量為65~75wt%，tio2含量為5~15wt%，cao含量為5~8wt%。
所述棕剛玉的al2o3含量≥96wt%。
所述焦炭粉的粒度≤100μm；所述焦炭粉的c含量≥93wt%。
所述鹽酸為分析純。
實施例1
一種致密tic材料及其制備方法。本實施例所述制備方法的具體步驟是：
步驟一、按鈦鐵渣︰棕剛玉的質(zhì)量比為100︰(2~4)配料，球磨至粒度≤100μm，得到鈦鐵渣粉末。
步驟二、按所述鈦鐵渣粉末︰焦炭粉的質(zhì)量比為100︰(5~7)配料，混合10~15分鐘，得到混合粉末。
步驟三、將所述混合粉末加入真空電弧爐中，在小于0.1pa條件下，升溫至1930~1960℃，保溫0.5~1小時；除去上層浮渣，隨爐冷卻至室溫，破碎至1~2mm，制得前驅(qū)體tic材料。
步驟四、按前驅(qū)體tic材料︰鹽酸溶液的質(zhì)量比為1︰(4~6)，向所述前驅(qū)體tic材料中加入濃度為1~2mol/l的所述鹽酸溶液，攪拌20~30分鐘，依次水洗和抽濾4~5次，微波干燥，即得致密tic材料。
本實施例制備的致密tic材料經(jīng)測定：晶粒度為4~6μm；真密度為4.33~4.35g/cm3；氣孔率為0.2~0.4%。
實施例2
一種致密tic材料及其制備方法。本實施例所述制備方法的具體步驟是：
步驟一、按鈦鐵渣︰棕剛玉的質(zhì)量比為100︰(2~4)配料，球磨至粒度≤100μm，得到鈦鐵渣粉末。
步驟二、按所述鈦鐵渣粉末︰焦炭粉的質(zhì)量比為100︰(6~8)配料，混合10~15分鐘，得到混合粉末。
步驟三、將所述混合粉末加入真空電弧爐中，在小于0.1pa條件下，升溫至1945~1975℃，保溫0.5~1小時；除去上層浮渣，隨爐冷卻至室溫，破碎至1~2mm，制得前驅(qū)體tic材料。
步驟四、按前驅(qū)體tic材料︰鹽酸溶液的質(zhì)量比為1︰(4~6)，向所述前驅(qū)體tic材料中加入濃度為1~2mol/l的所述鹽酸溶液，攪拌20~30分鐘，依次水洗和抽濾4~5次，微波干燥，即得致密tic材料。
本實施例制備的致密tic材料經(jīng)測定：晶粒度為4~6μm；真密度為4.34~4.36g/cm3；氣孔率為0.3~0.5%。
實施例3
一種致密tic材料及其制備方法。本實施例所述制備方法的具體步驟是：
步驟一、按鈦鐵渣︰棕剛玉的質(zhì)量比為100︰(3~5)配料，球磨至粒度≤100μm，得到鈦鐵渣粉末。
步驟二、按所述鈦鐵渣粉末︰焦炭粉的質(zhì)量比為100︰(7~9)配料，混合10~15分鐘，得到混合粉末。
步驟三、將所述混合粉末加入真空電弧爐中，在小于0.1pa條件下，升溫至1960~1990℃，保溫0.5~1小時；除去上層浮渣，隨爐冷卻至室溫，破碎至1~2mm，制得前驅(qū)體tic材料。
步驟四、按前驅(qū)體tic材料︰鹽酸溶液的質(zhì)量比為1︰(5~7)，向所述前驅(qū)體tic材料中加入濃度為1~2mol/l的所述鹽酸溶液，攪拌20~30分鐘，依次水洗和抽濾4~5次，微波干燥，即得致密tic材料。
本實施例制備的致密tic材料經(jīng)測定：晶粒度為5~7μm；真密度為4.35~4.37g/cm3；氣孔率為0.4~0.6%。
實施例4
一種致密tic材料及其制備方法。本實施例所述制備方法的具體步驟是：
步驟一、按鈦鐵渣︰棕剛玉的質(zhì)量比為100︰(3~5)配料，球磨至粒度≤100μm，得到鈦鐵渣粉末。
步驟二、按所述鈦鐵渣粉末︰焦炭粉的質(zhì)量比為100︰(8~10)配料，混合10~15分鐘，得到混合粉末。
步驟三、將所述混合粉末加入真空電弧爐中，在小于0.1pa條件下，升溫至1975~2005℃，保溫0.5~1小時；除去上層浮渣，隨爐冷卻至室溫，破碎至1~2mm，制得前驅(qū)體tic材料。
步驟四、按前驅(qū)體tic材料︰鹽酸溶液的質(zhì)量比為1︰(5~7)，向所述前驅(qū)體tic材料中加入濃度為1~2mol/l的所述鹽酸溶液，攪拌20~30分鐘，依次水洗和抽濾4~5次，微波干燥，即得致密tic材料。
本實施例制備的致密tic材料經(jīng)測定：晶粒度為5~7μm；真密度為4.36~4.38g/cm3；氣孔率為0.5~0.7%。
由于采用上述技術(shù)方案，本具體實施方式與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果：
1、本具體實施方式以固體廢棄物——鈦鐵渣為主要原料，經(jīng)碳化反應(yīng)提取有價組分進(jìn)而制備tic，不僅能有效利用廢棄物資源，且能顯著降低致密tic材料的制備成本。
2、本具體實施方式利用鈦鐵渣中雜質(zhì)組分在高溫條件下形成的液相，大大降低了碳化反應(yīng)的溫度，增大碳化反應(yīng)速率，促進(jìn)tic材料的結(jié)晶，增強(qiáng)了致密tic材料的致密度。
3、本具體實施方式利用還原過程中的“固相-液相”分層沉降，隔絕tic與外界環(huán)境的接觸，提高了致密tic材料的純度。
本具體實施方式制備的致密tic材料經(jīng)測定：晶粒度為4~7μm；真密度為4.33~4.38g/cm3；氣孔率為0.2~0.7%。
因此，本具體實施方式具有工藝簡單和生產(chǎn)成本低的特點，用該方法制備的致密tic材料純度高、結(jié)晶好和致密化程度優(yōu)良。