专利名称:制取氮化钛粉末的工艺方法
本发明属于氮化钛粉末制备工艺的改进。
氮化钛是一种具有高级色感的金黄色陶瓷材料。具有熔点高(3200℃、硬度高(维氏硬度约2000公斤/毫米2)、导电性好等优点，在很多方面取得了广泛的应用。为制得高质量的氮化钛粉末，发展了多种氮化钛粉末的制造工艺。
氮化钛(TiN)粉末可采用金属钛、氢化钛在氮气中高温处理得到;也可在高温氮气中用碳还原二氧化钛的方法制得;或以氯化钛为原料在氢、氨气氛中用氮等离子弧反应制得。
以金属钛为原料，首先需将海绵钛经氢化、破碎、脱氢等工序制成金属钛粉，然后在1800℃以上的高温下氮化得到TiN粉末。由于高温下容易发生烧结或熔融，难以制得细粉末，而且从海绵钛到制成金属钛粉要经过几道工序。在高温、氮气中用碳还原氧化钛制得的TiN粉末由于氧和碳的含量高只适合于做烧结密度不高的压块及陶瓷材料。以氯化钛为原料，在氢、氨气氛中用氮等离子弧反应制得TiN粉末不仅成本高，有污染，而且粉末的杂质(尤其是氧含量)受氢、氨、氮气的纯度影响较大而不易控制。
用氢化钛为原料，在1200～1500℃氮气中处理可得均一组成的TiN粉，但不能得到均一的微粉，容易产生烧结和熔融。
日本特许公报昭49-3636中提出以氢化钛为原料，在600～1000℃下氮气中处理制成TiN粉末。低温下生成的TiN粉末是不稳定的，置于空气中会逐渐变化。
日本特许公报昭51-11600提出的TiN粉的制造工艺的特点是以氢化钛为原料，在600～1000℃下氮气中处理生成TiN粉，然后在1000～2400℃下在氮气等中性气体中处理得到在空气中稳定的TiN粉末。采用此工艺必须先使金属钛氢化、破碎制得粉末，然后在氮气中边脱氢、边氮化。氢化钛粉一般都是用海绵钛先氢化处理，然后破碎成氢化钛粉。而以氢化钛粉末为原料的氮化过程必须在一定的氢气压力下才能进行，因此氮化过程相当缓慢。在低温下生成的TiN粉又必须经高温处理才能得到稳定的TiN粉末，所以整个工序长而复杂、消耗大。制得的TiN粉末含氢量高，只适合在粉末冶金方面应用，不宜作为合金添加剂。
本发明的目的是要提出一种制取TiN粉末的工艺方法，该工艺方法流程短、氮化率高、消耗少、成本低。
本发明的另一目的是用本发明工艺制得的产品粒径均匀、组成均匀、杂质含量低。
本发明提出的TiN粉末的制备工艺是以海绵钛为原料直接氮化。将海绵钛破碎到一定尺寸后，在高温下通入氮气氮化，氮化后的TiN破碎成要求粒度的TiN粉末。氮化温度为1000～1600℃，氮气压力为50～200KPa。
本发明工艺中使用的原料为一般纯度的海绵钛，按常规方法洗净烘干，为使反应速度不致过慢，将海绵钛破碎成小块(小于50mm)。然后在高温反应炉中通入氮气，氮气压力应保持在50～200KPa间，在1000～1600℃温度范围内保持一定的时间。然后停炉冷却，将已经氮化的料破碎、球磨成要求粒度的TiN粉末制品。
氮化温度在1300～1600℃范围时，可得到较高的氮化率。氮气压力太低，氮化速度较慢;增高氮气压力可提高氮化速度，但势必要增加炉体的耐压力，以90～110KPa为较好。氮化时间与氮化时的工艺参数有关温度高、氮气压力大则可在较短的时间内得到相同氮含量的TiN粉末。
本发明提出的TiN粉末的制备工艺无需进行氢化处理，可简化工序减少了氢气净化，供气和氢化反应的各种设备、仪器。
本发明提出的TiN粉末的制备工艺氮化速度快。与以氢化钛为原料的工艺相比，整个流程需要的时间约缩短1/3。氮化过程不易发生烧结或熔融现象。
用海绵钛直接氮化可采用一步高温氮化制得稳定的TiN粉末。该粉末在碳、氧气氛中1800℃下不发生分解、不改变化学成份及颜色。粉末含氮量最高可达22.3%。粉末的杂质含量低，其中主要杂质O2＜0.4%、C≤0.02%、H2≤0.01%。且组成均匀。可以作为金属陶瓷、坩锅、高级色感的装饰合金、喷涂材料、合金添加剂、精密陶瓷、电器接点等方面的原料。用本发明的TiN粉制做的硬质合金具有好的机械性能，与现有的硬质合金相比使用寿命和耐磨性明显改善。用本发明的工艺制成的TiN粉末做成的坩锅在1700℃高温激冷后不裂，与液态或气态金属钙、镁、稀土金属及FeO、CaF2炉渣不发生反应，具有较高的化学稳定性。用TiN粉末热压成型的溅射靶，可供耐磨层及装饰黄金层涂层使用。
图1是氮气压力为100KPa时，氮化温度对海绵钛直接氮化工艺中氮化反应的影响曲线。纵座标为氮化百分数(%)，横座标为氮化温度C。
图2是在900℃氮化时，氮气压力对本发明工艺中氮化反应的影响曲线。纵座标为产品的增重量(毫克)，横座标为氮气压力(KPa)。
用下列实施例进一步说明本工艺的特点。
例一，将纯度为98.62%的海绵钛3公斤洗净烘干，破碎成小于50毫米的碎块，放入反应坩锅内置于SL-7B型(上海电炉厂制造)高温反应炉内、抽真空、升温。当炉温达到600℃时通入氮气。继续升温到1300℃、氮气压力为100KPa、保温3小时后冷却出炉。将已氮化的料装入球磨罐球磨5小时、过筛。
用此工艺生产TiN粉末，直收率为93%、含氮量为21%、含氧量为0.37%、含碳量0.02%、含氢0.01%。粉末的平均粒度为3.4微米，比表面0.4米2/克。粉末为立方晶体，结晶完整。
例二，按例一的工艺流程，将海绵钛分别在700～1600℃温度范围、50～200KPa压力范围内反应生成TiN粉。温度和压力对氮化反应的影响见图1.2。当氮气压力为100KPa时，氮化温度在1300～1600℃下TiN粉末的含氮量为20.2～22.1%，含氧量＜0.4%。
权利要求
1.一种制取氮化钛粉末的工艺方法，包括原料处理、高温氮化等工序，其特征是所说的原料是海绵钛，所说的高温氮化是在高温下用海绵钛直接通入氮气氮化，氮化温度为1000～1600℃，氮气压力为50～200KPa。
2.根据权利要求
1所说的制取氮化钛粉末的工艺方法，其特征是所说的氮化温度为1300～1600℃，氮气压力为90～110KPa。
3.根据权利要求
1，2所说的制取氮化钛粉末的工艺方法，其特征是所说的海绵钛的粒度为小于50mm。
专利摘要
本发明属于氮化钛粉末制备工艺的改进。本发明提出的TiN粉末的制备工艺采用海绵钛为原料，在高温下直接氮化。采用该工艺可以简化工序、缩短工艺流程、提高氮化率、减少消耗、降低成本。制得的TiN粉末粒径均匀、组成均匀、杂质含量低，可作为金属陶瓷、高级色感的装饰合金、喷涂材料、粉末添加剂、精密陶瓷、电器接点等方面的原料。
文档编号C01B21/00GK86104009SQ86104009
公开日1987年12月30日 申请日期1986年6月17日
发明者赵阳, 吴享南, 陶仕军, 关志仙 申请人:北京有色金属研究总院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan