金屬碳化物粉體的推動(dòng)式動(dòng)態(tài)連續(xù)制備方法和推動(dòng)式動(dòng)態(tài)連續(xù)燒結(jié)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬碳化物粉體制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及金屬碳化物粉體的動(dòng)態(tài)連續(xù)制備方法和動(dòng)態(tài)連續(xù)燒結(jié)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬碳化物因具有熔點(diǎn)高、硬度高、優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、抗腐蝕性好、優(yōu)異的耐磨性等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于工具材料、耐高溫部件、耐磨部件、耐腐蝕部件、合金添加劑及其它有特殊要求的零部件上，在航空航天、軍事、機(jī)械、冶金、電子、化工等領(lǐng)域具有極為廣闊的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景，這類材料的制備與應(yīng)用在世界各國(guó)均受到了高度重視。因此，如何高效地制備高質(zhì)量的金屬碳化物粉體具有重要意義。
[0003]目前主要采用基于碳熱還原的靜態(tài)法制備金屬碳化物粉體，即使用石墨碳管爐或真空燒結(jié)爐制備金屬碳化物粉體，將堆放有原料粉體的石墨舟或托盤放置在石墨碳管爐或真空燒結(jié)爐中并在靜止?fàn)顟B(tài)進(jìn)行煅燒、還原，然后再進(jìn)行進(jìn)一步的碳化。一批金屬碳化物粉體制備完成并出爐后，再放入另一批原料粉體進(jìn)行煅燒、還原和碳化。此種方法存在以下不足:(I)合成過(guò)程中原料受熱的溫度場(chǎng)存在不均勻性，因而同一時(shí)間不同位置的原料處于不同的反應(yīng)階段(還原或碳化)，獲得單一相組成的產(chǎn)物所需時(shí)間長(zhǎng)，且產(chǎn)物的成分和粒度分布區(qū)間較大、產(chǎn)物粘結(jié)嚴(yán)重；(2)在還原反應(yīng)階段，物料的堆放導(dǎo)致下層的原料粉末難以與還原性氣體接觸，阻礙還原碳化進(jìn)程受到，并且會(huì)造成產(chǎn)物的成分和粒度不均勻，這將嚴(yán)重影響產(chǎn)物的物理和化學(xué)性能；(3)該方法無(wú)法連續(xù)化生產(chǎn)且生產(chǎn)周期長(zhǎng)，導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的成本過(guò)高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供金屬碳化物粉體的推動(dòng)式動(dòng)態(tài)連續(xù)制備方法和推動(dòng)式動(dòng)態(tài)連續(xù)燒結(jié)裝置，以獲得單相的高品質(zhì)金屬碳化物粉體，并實(shí)現(xiàn)連續(xù)化批量生產(chǎn)。
[0005]本發(fā)明提供的金屬碳化物粉體的推動(dòng)式動(dòng)態(tài)連續(xù)制備方法，所述碳化物粉體為TiC粉體、Cr3C2粉體、VC粉體、TaC粉體、Mo 2C粉體、NbC粉體、ZrC粉體或HfC粉體，工藝步驟如下:
[0006](I)配料
[0007]按照各金屬碳化物粉體的化學(xué)式及所用原料之間的化學(xué)反應(yīng)，計(jì)算出制備各金屬碳化物粉體原料的摩爾比并計(jì)量各原料:
[0008]a、制備TiC粉體的原料及摩爾比
[0009]制備TiC粉體的原料為金屬Ti粉體或Ti與O的化合物粉體和還原劑，金屬Ti粉體:還原劑=1: 1，Ti與O的化合物粉體:還原劑=1: (1.8?3.2)；
[0010]b、制備Cr3C2粉體的原料及摩爾比[0011 ]制備Cr3C2粉體的原料為Cr與O的化合物粉體和還原劑，Cr與O的化合物粉體:還原劑=1: (2?4.5)，
[0012]C、制備VC粉體的原料及摩爾比
[0013]制備VC粉體的原料為V與O的化合物粉體和還原劑，V與O的化合物粉體:還原劑=1: (3.3 ?7.2)，
[0014]d、制備TaC粉體的原料及摩爾比
[0015]制備TaC粉體的原料為金屬Ta粉體或Ta與O的化合物粉體和還原劑，金屬Ta粉體:還原劑=1: 1，Ta與O的化合物粉體:還原劑=1: (3.5?7.2)，
[0016]e、制備Mo2C粉體的原料及摩爾比
[0017]制備Mo2C粉體的原料為Mo與O的化合物粉體和還原劑，Mo與O的化合物粉體:還原劑=1: (3.3?3.7)，
[0018]f、制備NbC粉體的原料及摩爾比
[0019]制備NbC粉體的原料為與O的化合物粉體和還原劑，Nb與O的化合物粉體:還原劑=1: (3.3 ?7.2)，
[0020]g、制備ZrC粉體的原料及摩爾比
[0021]制備ZrC粉體的原料為與O的化合物粉體和還原劑，Zr與O的化合物粉體:還原劑=1: (2.8 ?3.2)，
[0022]h、制備HfC粉體的原料及摩爾比
[0023]制備HfC粉體的原料為Hf與O的化合物粉體和還原劑，Hf與O的化合物粉體:還原劑=1:(2.8 ?3.2)；
[0024](2)混料與干燥
[0025]將步驟(I)計(jì)量好的原料放入球磨機(jī)中，加入研磨球體和濕磨介質(zhì)進(jìn)行濕磨，使原料混合均勻，濕磨介質(zhì)的加入量以浸沒(méi)所述原料和研磨球體為限，然后過(guò)篩分離出研磨球體得混合漿料，將所得的混合漿料進(jìn)行干燥得制備TiC粉體的混合粉料、制備Cr3C2粉體的混合粉料、制備VC粉體的混合粉料、制備TaC粉體的混合粉料、制備Mo2C粉體的混合粉料、制備NbC粉體的混合粉料、制備ZrC粉體的混合粉料或制備HfC粉體的混合粉料，然后將所述混合粉料裝入多個(gè)反應(yīng)舟中；
[0026](3)燒結(jié)
[0027]燒結(jié)裝置的預(yù)熱室、反應(yīng)室和冷卻室為與大氣相通的開(kāi)放體系，首先以0.1?3L/min的氣體流速通過(guò)冷凝室的進(jìn)氣口向冷卻室、反應(yīng)室和預(yù)熱室內(nèi)充入還原性氣體或/和惰性氣體，然后將預(yù)熱室內(nèi)的溫度加熱到預(yù)熱溫度，將反應(yīng)室內(nèi)的溫度加熱到反應(yīng)溫度，使冷卻室處于工作狀態(tài)，繼后將裝載有混合粉料的反應(yīng)舟間隔一定時(shí)間陸續(xù)放入進(jìn)料室，并間歇性地將裝載有混合粉料的反應(yīng)舟向出料口方向勻速推進(jìn)，使反應(yīng)舟中的混合粉料在通過(guò)預(yù)熱室的過(guò)程中進(jìn)一步干燥并提高溫度，在通過(guò)反應(yīng)室后完成反應(yīng)形成反應(yīng)產(chǎn)物，使反應(yīng)舟中的反應(yīng)產(chǎn)物在經(jīng)過(guò)冷卻室的過(guò)程中被冷卻，即得到金屬碳化物粉體；
[0028]燒結(jié)制備TiC粉體的混合粉料時(shí)，預(yù)熱溫度為600?800°C，反應(yīng)溫度為1350?1950 0C ；
[0029]燒結(jié)制備Cr3C2粉體或VC粉體的混合粉料時(shí)，預(yù)熱溫度為600?800°C，反應(yīng)溫度為 1000 ?155(TC ；
[0030]燒結(jié)制備TaC粉體的混合粉料時(shí)，預(yù)熱溫度為600?800°C，反應(yīng)溫度為1300?2000 0C ；
[0031]燒結(jié)制備Mo2C粉體的混合粉料時(shí)，預(yù)熱溫度為600?800°C，反應(yīng)溫度為1300?1850 0C ；
[0032]燒結(jié)制備NbC粉體、ZrC粉體或HfC粉體的混合粉料時(shí)，預(yù)熱溫度為600?800°C，反應(yīng)溫度為1300?2000°C。
[0033]上述方法中，所述燒結(jié)裝置預(yù)熱室的長(zhǎng)度為I?2m，反應(yīng)室的長(zhǎng)度為I?3m，將裝載有混合粉料的反應(yīng)舟向出料口方向勻速推進(jìn)的速度為0.5?lm/h。
[0034]上述方法中，所述還原性氣體為氫氣、甲烷、天然氣中的至少一種，所述惰性氣體為氬氣。
[0035]上述方法中，所述Ti與O的化合物粉體為T1粉體、T12粉體、H2T13粉體、T1SO4粉體中的一種；所述Cr與O的化合物粉體為Cr2O3粉體、(NH 4) 2Cr04粉體、(NH 4) 2Cr207粉體中的一種；所述V與O的化合物粉體為V2O3粉體、V 205粉體、NH 4V03粉體中的一種；所述Ta與O的化合物粉體為Ta2O5粉體或Ta(OH) 5粉體；所述Mo與O的化合物粉體為MoO 3粉體或(NH4) ^004粉體；所述Nb與O的化合物粉體為Nb 205粉體或Nb (OH) 5粉體；所述Zr與O的化合物粉體為ZrO2粉體、Zr (S0 4) 2粉體、ZrO (CO 3) 2粉體中的一種；所述Hf與O的化合物粉體為HfO2粉體或Hf (S0 4) 2粉體。
[0036]上述方法中，所述還原劑為炭黑粉、石墨粉、活性炭粉中的至少一種。
[0037]上述方法中，步驟(2)所述濕磨介質(zhì)為去離子水、乙醇或者丙酮，將濕磨所得混合漿料進(jìn)行干燥的操作為:在50?100°C干燥2?8h。
[0038]本發(fā)明還提供了一種用于上述方法的推動(dòng)式動(dòng)態(tài)連續(xù)燒結(jié)裝置，包括依次銜接并相通的加料室、預(yù)熱室、反應(yīng)室、隔熱室和冷卻室及裝載原料粉體和反應(yīng)產(chǎn)物的反應(yīng)舟，推動(dòng)反應(yīng)舟運(yùn)動(dòng)的推桿，可使推桿作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，支撐加料室、預(yù)熱室、反應(yīng)室、隔熱室、冷卻室和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的支撐架；
[0039]所述加料室頂部設(shè)置有加料口并配備有覆蓋加料口的蓋板，加料室端部設(shè)置有推桿進(jìn)出孔；所述預(yù)熱室的室壁安裝有低溫加熱器件和低溫?zé)犭娕迹O(shè)置有出氣口 ；所述反應(yīng)室的室壁安裝有高溫加熱器件和高溫?zé)犭娕?；所述冷卻室的室壁上設(shè)置有進(jìn)氣口，出料端設(shè)置有擋板。
[0040]上述推動(dòng)式動(dòng)態(tài)連續(xù)燒結(jié)裝置中，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括可正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的電機(jī)、鏈傳動(dòng)副和齒輪齒條傳動(dòng)副，鏈傳動(dòng)副主要由主動(dòng)鏈輪、鏈條和從動(dòng)鏈輪組成，齒輪齒條傳動(dòng)副主要由主動(dòng)齒輪、從動(dòng)齒輪和齒條組成，鏈傳動(dòng)副中的主動(dòng)鏈輪安裝在電機(jī)的動(dòng)力輸出軸上，從動(dòng)鏈輪與齒輪齒條傳動(dòng)副中的主動(dòng)齒輪同軸安裝，齒輪齒條傳動(dòng)副中的從動(dòng)齒輪分別與主動(dòng)齒輪和齒條嚙合，齒條通過(guò)連接桿與推桿相連。
[0041]上述推動(dòng)式動(dòng)態(tài)連續(xù)燒結(jié)裝置中，所述預(yù)熱室的長(zhǎng)度LI為I?2m，反應(yīng)室的長(zhǎng)度L2為I?3m，冷卻室的長(zhǎng)度L3為I?5m，隔熱室的長(zhǎng)度L4為0.5?0.6m。
[0042]上述推動(dòng)式動(dòng)態(tài)連續(xù)燒結(jié)裝置中，所述反應(yīng)舟由舟體和用于覆蓋舟體的隔熱板組成，所述舟體的一端端面上設(shè)置有推塊，所述隔熱板由剛玉或石墨制作，隔熱板上設(shè)置有多個(gè)氣孔。
[0043]上述推動(dòng)式動(dòng)態(tài)連續(xù)燒結(jié)裝置中，所述冷卻室的室壁為夾層結(jié)構(gòu)形成環(huán)形冷卻介質(zhì)腔，室壁上設(shè)置有與所述冷卻介質(zhì)腔相通的冷卻介質(zhì)入口和冷卻介質(zhì)出口 ；所述預(yù)熱室和反應(yīng)室設(shè)置的加熱器件為電阻式加熱器件、感應(yīng)式加熱器件、微波加熱器件、紅外加熱器件、石墨碳管爐加熱器件中的一種。
[0044]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0045]1、本發(fā)明提供了一種制備金屬碳化物粉體新方法，該方法在金屬碳化物粉體的制備過(guò)程中，持續(xù)地從燒結(jié)裝置的冷卻室的進(jìn)氣口向冷卻室、反應(yīng)室和預(yù)熱室內(nèi)充入還原性氣體或/和惰性氣體，所述氣體攜帶反應(yīng)產(chǎn)生的氣體持續(xù)地從預(yù)熱室的出氣口排出，由于在制備金屬碳化物粉體的過(guò)程中，反應(yīng)舟內(nèi)的上層物料溫度最高，容易產(chǎn)生過(guò)還原現(xiàn)象，而燒結(jié)裝置內(nèi)處于流動(dòng)狀態(tài)的氣氛能迅速帶走富集在反應(yīng)室上方的反應(yīng)氣體，并降低反應(yīng)舟內(nèi)上層物料的溫度，避免反應(yīng)舟中的物料發(fā)生過(guò)還原現(xiàn)象，從而提高金屬碳化物粉體的品質(zhì)。
[0046]2、由于本發(fā)明所述方法采用的燒結(jié)裝置在反應(yīng)室的前方設(shè)置了預(yù)熱室，因此當(dāng)載有原料粉體的反應(yīng)舟通過(guò)預(yù)熱室時(shí)，原料粉體在預(yù)熱的同時(shí)被進(jìn)一步干燥，對(duì)原料粉體進(jìn)行預(yù)熱有利于其在進(jìn)入反應(yīng)室時(shí)可迅速達(dá)到反應(yīng)溫度，原料粉體的進(jìn)一步干燥又能避免其吸附的水蒸氣進(jìn)入反應(yīng)室中，進(jìn)而有效降低反應(yīng)室內(nèi)水蒸氣濃度，使物料受熱更均勻，保證反應(yīng)舟內(nèi)各部位的反應(yīng)速度均勻一致，從而有利于獲得粒度均勻、粉體顆粒分散性好的單相金屬碳化物粉體，本發(fā)明所述方法克服了現(xiàn)有技術(shù)因物料在加熱區(qū)受熱不均勻而難以獲得單相金屬碳化物粉體的難題。
[0047]3、本發(fā)明所述方法實(shí)現(xiàn)了金屬碳化物粉體的連續(xù)生產(chǎn)，連續(xù)生產(chǎn)不但能降低生產(chǎn)成本，而且能提尚生廣效率。
[0048]4、本發(fā)明所述方法的操作簡(jiǎn)便，并且所采用的推動(dòng)式動(dòng)態(tài)連續(xù)燒結(jié)裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工制作，因此本發(fā)明所述方法有利于實(shí)現(xiàn)金屬碳化物粉體的規(guī)?；a(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0049]圖1是本發(fā)明所述推動(dòng)式動(dòng)態(tài)連續(xù)燒結(jié)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0050]圖2是反應(yīng)舟的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0051]圖3為實(shí)施例1制備的TiC粉體的XRD圖譜；
[0052]圖4為實(shí)施例1制備的TiC粉體的SEM圖片；
[0053]圖5為實(shí)施例8制備的Cr3C2粉體的XRD圖譜；
[0054]圖6為實(shí)施例14制備的VC粉體的XRD圖譜；
[0055]圖7為實(shí)施例14制備的VC粉體的SEM圖片；
[0056]圖8為實(shí)施例20制備的TaC粉體的XRD圖譜；
[0057]圖9為實(shí)施例20制備的TaC粉體的SEM圖片；
[0058]圖10為實(shí)施例24制備的Mo2C粉體的XRD圖譜；
[0059]圖中，I一推桿，2—加料室，3—