專利名稱：一種利用石油焦制備微米到微納米級碳化物陶瓷顆粒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及被廣泛用作超硬工具材料、耐磨耐蝕材料、高溫結(jié)構(gòu)材料及導(dǎo)熱材料、發(fā)熱材料的碳化物陶瓷原始粉末的制備，具體是采用機械合金化法(MA)，利用石油焦制備碳化物陶瓷顆粒的新方法。目前，工業(yè)上采用高溫氧化還原法或高溫化合的方法制備碳化物陶瓷。TiC的制備是采用Ti粉與石墨(C)在3000℃下合成TiC陶瓷，或者采用TiO2與碳黑在通氫氣的碳管爐或高頻真空爐(1600～1900℃)中反應(yīng)制得TiC粉末；SiC的制備方法是將硅石(SiO2)和焦炭的混合物在高溫碳管爐中加熱到1700～1900℃生成SiO或SiCO的中間產(chǎn)物，在1900～2100℃進一步還原生成SiC。傳統(tǒng)方法加熱溫度高、產(chǎn)品中含有雜質(zhì)，且所用碳原料(石墨、焦炭)為其它行業(yè)有用之材。石油焦石油煉制過程中的副產(chǎn)品，屬于工業(yè)廢料，其主要成分是有機碳，尚未用以制造碳化物陶瓷顆粒。
本發(fā)明的目的是提供一種利用石油焦，降低碳化物陶瓷顆粒的生產(chǎn)成本，提高純度的采用機械合金化法在室溫條件下合成碳化物陶瓷顆粒的方法。
本發(fā)明過程為將石油焦與金屬與非金屬粉末，按原子量比2∶1-5∶1進行配料，混合后放入機械合金化的鋼罐中，在惰性氣氛保護下用橡膠圈密封；進行機械合金化的高速球磨后制成。
金屬與非金屬粉末為Ti或Si，Ti與石油焦原子量比2∶1-5∶1，Si與石油焦原子量比5∶3-9∶3。
惰性氣氛可采用He、Ne、Ar、N2。
機械合金化的高速球磨轉(zhuǎn)速為100-300轉(zhuǎn)/分，時間為5-120小時。
碳化物陶瓷顆粒粒度由球磨時間控制。
石油焦有普焦(延遲焦)、針狀焦等，只要C、H外的其他雜質(zhì)含量不超過6％，都可以作為本發(fā)明制作碳化物陶瓷顆粒的原料。
本發(fā)明


如下圖1為Ti到TiC球磨過程XRD的圖譜；圖2為Si到SiC球磨過程XRD的圖譜。
本發(fā)明在充分利用石油煉制過程的廢料的同時，在室溫下生產(chǎn)碳化物陶瓷顆粒，石油焦作為石油煉制的副產(chǎn)品，產(chǎn)量大，利用價值很低，僅“錦西市煉油五廠”，每月就有20萬噸石油焦，全部廉價出口，現(xiàn)國內(nèi)只有極少量的石油焦通過脫氫制造石墨，與傳統(tǒng)的碳化物陶瓷制造工藝比，本發(fā)明工藝簡單、節(jié)約原材料；且產(chǎn)品純度高、粒度小可以用于許多特殊場合。
實施例1將10克Ti粉與5克延遲焦混合后放人機械合金化的鋼罐中；磨球磨料比為20∶1；在Ar保護氣氛下用橡膠圈密封。以200轉(zhuǎn)/分的速度進行機械合金化的高速球磨過程；5～80小時即可得到純度較高的碳化物陶瓷顆粒。
在球磨過程中，逐步反應(yīng)的過程可以從附圖1的XRD檢測結(jié)果看到。由附圖1可見，在此條件下球磨20小時后Ti與延遲焦全部合成為TIC陶瓷顆粒。
當(dāng)球磨時間為20小時時，TiC陶瓷顆粒的平均粒度為5m；當(dāng)球磨時間為70小時時，平均粒度為230m?？筛鶕?jù)對粒度范圍的不同的需求，在不同的球磨時間下，利用不同的選粉方法，得到不同粒度的TiC陶瓷顆粒。
實施例2將10克Ti粉與5克針狀焦混合后放入機械合金化的鋼罐中；采用與實施例1相同的球磨參數(shù)，在He保護氣氛下密封，23小時后Ti與針狀焦全部合成為TiC陶瓷顆粒。
當(dāng)球磨時間為23小時時，TiC陶瓷顆粒的平均粒度為5m；當(dāng)球磨時間為75小時時，平均粒度為240m。可根據(jù)對粒度不同的需求，在不同的球磨時間下，利用不同的選粉方法，得到所要粒度的TIC陶瓷顆粒。
實施例3將9克Ti粉與3克延遲焦混合后放入機械合金化的鋼罐中；磨球磨料比為20∶1，在Ne保護氣氛下用橡膠圈密封，以200轉(zhuǎn)/H的速度進行機械合金化的高速球磨過程；10～100小時即可得到SiC陶瓷顆粒。
在球磨過程中，逐步反應(yīng)的過程可以從附圖2的XRD檢測結(jié)果看到。由附圖2可見，在此條件下球磨75小時后Si與延遲焦全部合成SiC陶瓷顆粒。
當(dāng)球磨時間為50小時時，SiC陶瓷顆粒的平均粒度為5m；當(dāng)球磨時間為100小時時，平均粒度為2805m?？筛鶕?jù)對粒度范圍的不同的需求，在不同的球磨時間下，利用不同的選粉方法，得到不同粒度的SiC陶瓷顆粒。
實施例4將10克Si粉與6克針狀焦混合5m啟放入機械合金化的鋼罐中；采用與實施例3相同的球磨參數(shù)，在N2保護氣氛下密封，75小時后Si與針狀焦全部合成為SiC陶瓷顆粒。
當(dāng)球磨時間為50小時時，SiC陶瓷顆粒的平均粒度為55m；當(dāng)球磨時間為100小時時，平均粒度為240m?？筛鶕?jù)對粒度不同的需求，在不同的球磨時間下，利用不同的選粉方法，得到所要粒度的SiC陶瓷顆粒。
權(quán)利要求
1.一種利用石油焦制備微米到微納米級碳化物陶瓷顆粒的方法，其過程為將石油焦與金屬與非金屬粉末，按原子量比2∶1-5∶1進行配料，混合后放入機械合金化的鋼罐中，在惰性氣氛保護下用橡膠圈密封；進行機械合金化的高速球磨后制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用石油焦制備微米到微納米級碳化物陶瓷顆粒的方法，其特征在于金屬與非金屬粉末為Ti或Si，Ti與石油焦原子量比2∶1-5∶1，Si與石油焦原子量比5∶3-9∶3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用石油焦制備微米到微納米級碳化物陶瓷顆粒的方法，其特征在于石油焦中除碳以外的雜質(zhì)含量為6％以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用石油焦制備微米到微納米級碳化物陶瓷顆粒的方法，其特征在于惰性氣氛可采用He、Ne、Ar、N2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用石油焦制備微米到微納米級碳化物陶瓷顆粒的方法，其特征在于機械合金化的高速球磨轉(zhuǎn)速為100-300轉(zhuǎn)/分，時間為5-120小時。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用石油焦制備微米到微納米級碳化物陶瓷顆粒的方法，其特征在于碳化物陶瓷顆粒粒度由球磨時間控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及被廣泛用作超硬工具材料、耐磨耐蝕材料、高溫結(jié)構(gòu)材料及導(dǎo)熱材料、發(fā)熱材料的碳化物陶瓷原始粉末的制備,具體是采用機械合金化法(MA),利用石油焦制備碳化物陶瓷顆粒的新方法,本發(fā)明過程為:將石油焦與金屬與非金屬粉末,按原子量比2∶1－5∶1進行配料,混合后放入機械合金化的鋼罐中,在惰性氣氛保護下用橡膠圈密封;進行機械合金化的高速球磨后制成,與傳統(tǒng)的碳化物陶瓷制造工藝比,本發(fā)明工藝簡單、節(jié)約原材料;且產(chǎn)品純度高、粒度小可以用于許多特殊場合。
文檔編號C04B35/565GK1361083SQ00136869
公開日2002年7月31日 申請日期2000年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月29日
發(fā)明者王燕華, 崔立山, 齊民 申請人:石油大學(xué)(北京)