权利要求
1.碳化钛粉的制备方法，其特征在于具体包括以下步骤： (1)将二氧化钛与碳化钙以质量比1:1～1:2混合均匀，并在3～8MPa的压力下压制成块体; (2)将步骤(1)中制备的块体在氩气保护下于600～800℃下烧结1-3h; (3)将步骤(2)中得到的反应产物研磨破碎成粉末;在通风条件下，将碳化钙缓慢倒入饱和氯化钠溶液中进行洗涤，并缓慢搅拌0.5～2h; (4)将步骤(3)中的产物进行过滤分离，得到浸出液与固体产物，并将固体产物在pH范围为0.5～1的盐酸溶液中搅拌浸出4～8h，控制搅拌速度为300～500r/min; (5)将步骤(4)中的固体产物过滤并用去离子水和无水乙醇反复洗涤至滤液呈中性，将滤饼在40～80℃下干燥8-16h，即得到碳化钛粉末。
2.根据权利要求1所述碳化钛粉的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中原料二氧化钛和碳化钙粉末的粒度为300-500目。 3.根据权利要求1所述碳化钛粉的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中烧结的升温速率为5℃/min。 4.根据权利要求1所述碳化钛粉的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中洗涤时液固比大于10:1。 5.根据权利要求1所述碳化钛粉的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中搅拌浸出时液固比大于15:1。
说明书
碳化钛粉的制备方法
技术领域
本发明属于冶金与硬质合金制备技术领域，具体涉及一种碳化钛粉的制备方法。
背景技术
碳化钛具有高熔点(3065～3275℃)、高硬度、高耐磨性、低电阻(60～250μΩ·cm)热传导性能好和抗热震性能高等特点。当其被用于切削工具时，可显著改善切削刀具的切削性能、减轻其重量、增加其耐用性。此外，碳化钛还被广泛地用作抛光膏、磨具、抗疲劳材料及复合材料的增强体，也可作为表面涂层改善材料的耐磨性，以及作为塑料和橡胶的填充剂。
目前，合成碳化钛的方法主要有：(1)用碳或含碳有机物碳热还原二氧化钛。专利CN109231209A公开了一种碳化钛的制备方法，该方法将四氯化钛与烷烃混合在密闭容器中，隔绝空气的条件下于1050-1190℃反应得到碳化钛粉末。本发明方法可有效降低碳化钛中的杂质含量。(2)溶胶-凝胶法制备无机物和含碳有机物的聚合前驱体，然后碳热还原制备碳化钛粉末;专利CN111675221A公开了种碳化钛空心球的制备方法，该发明以Ti 3AlC 2粉体作为前驱体制备少层碳化钛纳米片分散液，然后将不同浓度的碳化钛在液氮中快速冷冻，再利用冷冻干燥法制备出碳化钛空心球。(3)钛与碳直接反应法(SHS或MA法)。
以上方法在制备碳化钛时都存在生产成本高、产量低等问题，且制备只适合实验室研究范围、部分仅限于制备碳化钛保护膜。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳化钛粉的制备方法，以实现碳化钛粉的低温、高效制备。
本发明通过下列技术方案实现：一种碳化钛粉的制备方法，以二氧化钛和碳化钙为原料，经氩气保护下煅烧得到碳化钛粉末，具体包括以下步骤：
(1)将二氧化钛与碳化钙以质量比1:1～1:2混合均匀，并在3～8MPa的压力下压制成块体;
(2)将步骤(1)中制备的块体在氩气保护下于600～800℃下烧结1-3h;
(3)将步骤(2)中得到的反应产物研磨破碎成粉末;因碳化钙易与水发生反应生成乙炔，需提前配置饱和氯化钠溶液用于除去原料中过量的碳化钙，并控制反应速率;在通风条件下，将碳化钙缓慢倒入饱和氯化钠溶液中进行洗涤，并缓慢搅拌0.5～2h;
(4)将步骤(3)中的产物进行过滤分离，得到浸出液与固体产物，并将固体产物在pH范围为0.5～1的盐酸溶液中搅拌浸出4～8h，控制搅拌速度为300～500r/min;
(5)将步骤(4)中的固体产物过滤并用去离子水和无水乙醇反复洗涤至滤液呈中性，将滤饼在40～80℃下干燥8-16h，即得到碳化钛粉末。
所述步骤(1)中原料二氧化钛和碳化钙粉末的粒度为300-500目。
所述步骤(2)中烧结的升温速率为5℃/min。
所述步骤(3)中洗涤时液固比大于10:1。
所述步骤(4)中搅拌浸出时液固比大于15:1。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)工艺简单，流程短。本发明以二氧化钛为原料，添加碳化钙经直接热处理制备得到碳化钛，相比于目前工业上使用的碳化钛制备方法，该方法具有工艺过程简单、制备流程短、反应过程易于控制，操作简单等优点。
(2)产品质量高。本发明在制备碳化钛时所使用原料成分较为简单，反应过程中避免了杂质的带入，且还原过程易于控制，可得到氧、氮等杂质含量较低的高质量碳化钛粉末。
(3)成本低。想对于目前使用的碳化钛制备方法，本发明通过碳化钙与二氧化钛直接反应制备碳化钛，因碳化钛具有很强的反应性，可显著降低反应温度，最终在实现产品质量的同时，还降低了能耗以及原料成本。
附图说明
图1是本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
(1)将粒度为300-500目的二氧化钛与碳化钙以质量比1:1混合均匀，并在3MPa的压力下压制成块体;
(2)将步骤(1)中制备的块体放置于石墨坩埚中，并置于烧结炉中，在氩气保护下按升温速率为5℃/min于700℃下烧结3h;
(3)将步骤(2)中得到的反应产物在玛瑙研钵中研磨破碎成粉末;因碳化钙易与水发生反应生成乙炔，需提前配置饱和氯化钠溶液用于除去原料中过量的碳化钙，并控制反应速率;在通风条件下，将碳化钙缓慢倒入饱和氯化钠溶液中进行洗涤，并缓慢搅拌1h，洗涤时液固比大于10:1;
(4)将步骤(3)中的产物进行过滤分离，得到浸出液与固体产物，并将固体产物在pH范围为0.5的盐酸溶液中搅拌浸出4h，控制搅拌速度为300r/min，搅拌浸出时液固比大于16:1;
(5)将步骤(4)中的固体产物过滤并用去离子水和无水乙醇反复洗涤至滤液呈中性，将滤饼置于真空干燥箱中，在40℃下干燥16h，即得到碳化钛粉末。
实施例2
(1)将粒度为300-500目的二氧化钛与碳化钙以质量比1:1.5混合均匀，并在5MPa的压力下压制成块体;
(2)将步骤(1)中制备的块体放置于石墨坩埚中，并置于烧结炉中，在氩气保护下按升温速率为5℃/min于700℃下烧结2h;
(3)将步骤(2)中得到的反应产物在玛瑙研钵中研磨破碎成粉末;因碳化钙易与水发生反应生成乙炔，需提前配置饱和氯化钠溶液用于除去原料中过量的碳化钙，并控制反应速率;在通风条件下，将碳化钙缓慢倒入饱和氯化钠溶液中进行洗涤，并缓慢搅拌2h，洗涤时液固比大于10:1;
(4)将步骤(3)中的产物进行过滤分离，得到浸出液与固体产物，并将固体产物在pH范围为1的盐酸溶液中搅拌浸出6h，控制搅拌速度为400r/min，搅拌浸出时液固比大于15:1;
(5)将步骤(4)中的固体产物过滤并用去离子水和无水乙醇反复洗涤至滤液呈中性，将滤饼置于真空干燥箱中，在60℃下干燥12h，即得到碳化钛粉末。
实施例3
(1)将粒度为300-500目的二氧化钛与碳化钙以质量比1:2混合均匀，并在8MPa的压力下压制成块体;
(2)将步骤(1)中制备的块体放置于石墨坩埚中，并置于烧结炉中，在氩气保护下按升温速率为5℃/min于600℃下烧结3h;
(3)将步骤(2)中得到的反应产物在玛瑙研钵中研磨破碎成粉末;因碳化钙易与水发生反应生成乙炔，需提前配置饱和氯化钠溶液用于除去原料中过量的碳化钙，并控制反应速率;在通风条件下，将碳化钙缓慢倒入饱和氯化钠溶液中进行洗涤，并缓慢搅拌0.5h，洗涤时液固比大于10:1;
(4)将步骤(3)中的产物进行过滤分离，得到浸出液与固体产物，并将固体产物在pH范围为1的盐酸溶液中搅拌浸出8h，控制搅拌速度为500r/min，搅拌浸出时液固比大于15:1;
(5)将步骤(4)中的固体产物过滤并用去离子水和无水乙醇反复洗涤至滤液呈中性，将滤饼置于真空干燥箱中，在80℃下干燥8h，即得到碳化钛粉末。
实施例4
(1)将粒度为300-500目的二氧化钛与碳化钙以质量比1:1.5混合均匀，并在5MPa的压力下压制成块体;
(2)将步骤(1)中制备的块体放置于石墨坩埚中，并置于烧结炉中，在氩气保护下按升温速率为5℃/min于800℃下烧结1h;
(3)将步骤(2)中得到的反应产物在玛瑙研钵中研磨破碎成粉末;因碳化钙易与水发生反应生成乙炔，需提前配置饱和氯化钠溶液用于除去原料中过量的碳化钙，并控制反应速率;在通风条件下，将碳化钙缓慢倒入饱和氯化钠溶液中进行洗涤，并缓慢搅拌1h，洗涤时液固比大于10:1;
(4)将步骤(3)中的产物进行过滤分离，得到浸出液与固体产物，并将固体产物在pH范围为1的盐酸溶液中搅拌浸出6h，控制搅拌速度为400r/min，搅拌浸出时液固比大于15:1;
(5)将步骤(4)中的固体产物过滤并用去离子水和无水乙醇反复洗涤至滤液呈中性，将滤饼置于真空干燥箱中，在60℃下干燥12h，即得到碳化钛粉末。
对比例1：使用专利申请CN103193231A中的方法。
对比例2：使用专利申请CN111675221A中的方法。
对比例3：使用专利申请CN109231209A中的方法。
对比例4：使用专利申请CN105200458A中的方法。
对比例5：使用专利申请CN165439146A中的方法。
表1实施例2与部分专利公开的碳化钛材料的制备方法对比
注：“-”是代表该文献未给出相应的数据。
由上表可知，本申请是以TiO 2和CaC 2为原料直接合成碳化钛粉，相比于使用TiCl 4为原料的工艺，本方法能够有效简化制备流程，即省去了TiO 2的氯化过程，避免了有害气体氯气的使用，且产品具有较高的纯度;此外，相比于电解法制备碳化钛，本方法能够有效降低能量消耗，且缩短反应时间及简化反应流程;最后，相比于采用TiO 2、碳质、金属还原剂为原料制备碳化钛的工艺，本方法能够显著降低反应的温度，在降低能源消耗的情况下，还能得到纯度较高的碳化钛产品。
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声明：
“碳化钛粉的制备方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：昆明理工大学
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2025年01月03日 ~ 05日 
