專利名稱：連續(xù)式微波合成納米級碳化鈦的方法及其微波合成裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于碳化鈦的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種在保護(hù)氣氛下連續(xù)式微波合成納米級碳化鈦的方法及其微波合成裝置。
背景技術(shù)：
目前，合成碳化鈦粉體最廉價(jià)的方法是利用二氧化鈦和碳黑在惰性或還原氣氛中高溫(1700～2100℃)合成。反應(yīng)式為
但用這種方法合成的碳化鈦成塊狀，合成后仍需球磨加工才能制成粉體，加工后的粉體粒度只能達(dá)到微米級，同時(shí)因?yàn)榉磻?yīng)的進(jìn)行程度受TiO2顆粒大小及相互接觸程度的影響，合成的產(chǎn)品中含有未反應(yīng)完全的TiO2和碳黑。
微波合成碳化鈦超細(xì)粉體較之常規(guī)加熱合成具有較大的優(yōu)勢合成溫度明顯降低，微波合成是在1200℃左右完成反應(yīng)，而常規(guī)法合成需在1400℃以上；合成時(shí)間大為縮短，微波合成溫度在1200℃時(shí)，可在20分鐘內(nèi)完成，而常規(guī)加熱且采用流動(dòng)氣氛系統(tǒng)在1300℃保溫60分鐘仍不能完全合成。但該方法的微波合成是在間歇式的微波爐內(nèi)進(jìn)行，由于既要抽真空又要用保護(hù)氣氛，故無法保持連續(xù)合成。從裝料、抽真空、升溫合成、降溫整個(gè)過程需要1～2天，如果縮短時(shí)間則將影響其真空度，真空度不夠會引起合成中氧化及出爐料溫過高引起合成后氧化。由于爐內(nèi)微波源是單邊輻射，為了使加熱的匣缽內(nèi)料受熱均勻，故匣缽在爐內(nèi)需不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，這給定點(diǎn)測溫帶來很大困難，只能在匣缽四周邊上開一小孔作為測溫口定時(shí)使匣缽?fù)Ｖ罐D(zhuǎn)動(dòng)，對準(zhǔn)測溫口用光學(xué)高溫計(jì)人工進(jìn)行測溫，費(fèi)時(shí)費(fèi)力而且難于對準(zhǔn)測溫口，故容易產(chǎn)生測溫誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種連續(xù)式微波合成納米級碳化鈦的方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種該連續(xù)式微波合成納米級碳化鈦的方法所用的微波合成裝置。
本方法克服了間歇式微波合成納米級碳化鈦無法連續(xù)合成，時(shí)間長、產(chǎn)量低、無法工業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)問題。本方法工藝簡單，易控制，能連續(xù)加熱高溫合成碳化鈦，以使從原料的進(jìn)入、微波高溫合成到產(chǎn)品的冷卻及出料能在保護(hù)氣體的保護(hù)下連續(xù)完成。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下本發(fā)明所用的微波合成裝置包括液壓推桿、出料口，還包括隧道式全封閉的窯道，所述隧道式全封閉的窯道包括進(jìn)料室、微波合成室和冷卻室，進(jìn)料室、微波合成室、冷卻室依次連接，微波合成室與進(jìn)料室及冷卻室之間有氣動(dòng)門隔開；所述液壓推桿與進(jìn)料室的端部連接，進(jìn)料室的側(cè)邊連接有抽真空室；所述冷卻室與出料口連接。
所述進(jìn)料室的側(cè)邊連接有抽真空室，抽真空室可以有一個(gè)或兩個(gè)，具體要看微波合成室的大小而定。
所述冷卻室為外接致冷系統(tǒng)的冷卻室。
本發(fā)明方法采用步驟如下第一步將納米級二氧化鈦和乙炔碳黑烘干至恒重，按二氧化鈦(金紅石型)∶乙炔碳黑＝79.9∶36的質(zhì)量比稱重混合得混合料；第二步按混合料∶氧化鋯球∶無水乙醇＝1∶2～4∶3～5的質(zhì)量比進(jìn)行球磨混合12～24小時(shí)，使之混合均勻得料漿；
第三步將料漿烘干至恒重；第四步通入氬氣作保護(hù)氣體把進(jìn)料室、微波合成室及冷卻室的空氣排除；把烘干至恒重的料漿裝入抽真空室，然后開抽真空室的真空泵(有壓力表)抽出空氣，達(dá)到真空度為-0.151Pa(壓力表的讀數(shù))后自動(dòng)關(guān)閉真空泵，再在抽真空室中通入氬氣；打開進(jìn)料室與微波合成室之間的氣動(dòng)門，用液壓推桿將料漿送到微波合成室，關(guān)閉氣動(dòng)門，開啟微波加熱至1200～1300℃，恒溫10～30分鐘后合成完成，打開氣動(dòng)門，將合成完成的成品推進(jìn)冷卻室，開啟致冷系統(tǒng)冷卻至溫度低于100℃后出料。
所述步驟一中納米級二氧化鈦和乙炔碳黑在100～110℃下烘干。
所述二氧化鈦是金紅石型。
所述步驟三中料漿在80～100℃下烘干。
本裝置一端進(jìn)料，另一端出料，整個(gè)過程中都有保護(hù)氣體保護(hù)，產(chǎn)品從冷卻室冷卻后即可直接取出，從進(jìn)料到出料的整個(gè)過程都是連續(xù)完成的。
本發(fā)明主要是利用了碳熱還原反應(yīng)，其反應(yīng)式為
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果1.本方法由于用微波加熱合成TiC，故反應(yīng)很快達(dá)到1200～1300℃，且能在該溫度范圍內(nèi)快速合成TiC，合成率達(dá)98％以上，產(chǎn)物TiC的晶粒大小為23.55～57.56nm；2.本方法在整個(gè)合成過程中是連續(xù)的，從進(jìn)料、抽真空、高溫合成、冷卻到出料都是連續(xù)完成的；3.本裝置采用紅外測溫儀直接測溫，快速、準(zhǔn)確；4.本裝置把進(jìn)料室、微波合成室及冷卻室三者用氣動(dòng)門隔開，形成三個(gè)互相獨(dú)立又互相關(guān)聯(lián)的一個(gè)連續(xù)整體，進(jìn)料室的抽真空室為負(fù)壓，而進(jìn)料室、微波合成室和冷卻室通保護(hù)氣而只需維持微正壓，不但可保證連續(xù)合成，而且可使整體造價(jià)大大降低，操作及維護(hù)非常方便；5.由于合成后的碳化鈦出料時(shí)如溫度稍高便會氧化，為了減少裝置的結(jié)構(gòu)長度及造價(jià)，本裝置用外接致冷系統(tǒng)的冷卻室強(qiáng)制冷卻，以保證合成粉體的質(zhì)量；6.本連續(xù)式微波合成納米級碳化鈦的方法易于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化及批量化，不僅工藝過程簡單，易控制，而且所得TiC粉體不易團(tuán)聚。


圖1是本微波合成裝置的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1-液壓推桿 2-隧道式全封閉的窯道 3-出料口2.1-進(jìn)料室 2.2-微波合成室 2.3-冷卻室 2.4、2.5-氣動(dòng)門 2.6、2.7-抽真空室具體實(shí)施方式
為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步地描述。
下面以兩個(gè)抽真空室為例。
如圖1所示，本微波合成裝置包括液壓推桿1、隧道式全封閉的窯道2和出料口3，隧道式全封閉的窯道包括進(jìn)料室2.1、微波合成室2.2和冷卻室2.3，進(jìn)料室2.1、微波合成室2.2、冷卻室2.3依次連接，微波合成室2.2與進(jìn)料室2.1及冷卻室2.3之間有氣動(dòng)門2.4、2.5隔開；液壓推桿1與進(jìn)料室2.1的端部連接，進(jìn)料室2.1的側(cè)邊連接有兩個(gè)抽真空室2.6和2.7；冷卻室2.3與出料口3連接。
冷卻室2.3為外接致冷系統(tǒng)的冷卻室。
實(shí)施例1第一步將二氧化鈦(15nm，金紅石型)和乙炔炭黑(比表面積56.742m2/g)在烘箱中105℃烘干至恒重，稱取二氧化鈦68.94克、乙炔炭黑31.06克得混合料；第二步取氧化鋯球200克，無水乙醇400ml(密度為0.79g/ml)，加混合料，在氧化鋁球磨罐(或橡膠罐)中進(jìn)行球磨混合18小時(shí)，至均勻；第三步將料漿在100℃下烘干至恒重；第四步通入氬氣作保護(hù)氣體把進(jìn)料室、微波合成室及冷卻室的空氣排除；把烘干至恒重的料漿裝入抽真空室，然后開抽真空室的真空泵(有壓力表)抽出空氣，達(dá)到真空度為-0.151Pa(壓力表的讀數(shù))后自動(dòng)關(guān)閉真空泵，再在抽真空室中通入氬氣；打開進(jìn)料室與微波合成室之間的氣動(dòng)門，用液壓推桿將混合料送到微波合成室，關(guān)閉氣動(dòng)門，開啟微波加熱至1200℃，恒溫30分鐘后合成完成，打開氣動(dòng)門，將合成完成的成品推進(jìn)冷卻室，開啟致冷系統(tǒng)冷卻至溫度低于100℃后出料。
實(shí)施例2第一步將二氧化鈦(15nm，金紅石型)和乙炔炭黑(比表面積56.742m2/g)在烘箱中105℃烘干至恒重，稱取二氧化鈦68.94克、乙炔炭黑31.06克得混合料；第二步取氧化鋯球300克，無水乙醇500ml(密度為0.79g/ml)，加混合料，在氧化鋁球磨罐(或橡膠罐)中進(jìn)行球磨混合16小時(shí)，至均勻；
第三步將料漿在100℃下烘干至恒重；第四步通入氬氣作保護(hù)氣體把進(jìn)料室、微波合成室及冷卻室的空氣排除；把烘干至恒重的料漿裝入抽真空室，然后開抽真空室的真空泵(有壓力表)抽出空氣，達(dá)到真空度為-0.151Pa(壓力表的讀數(shù))后自動(dòng)關(guān)閉真空泵，再在抽真空室中通入氬氣；打開進(jìn)料室與微波合成室之間的氣動(dòng)門，用液壓推桿將混合料送到微波合成室，關(guān)閉氣動(dòng)門，開啟微波加熱至1250℃，恒溫20分鐘后合成完成，打開氣動(dòng)門，將合成完成的成品推進(jìn)冷卻室，開啟致冷系統(tǒng)冷卻至溫度低于100℃后出料。
實(shí)施例3第一步將二氧化鈦(15nm，金紅石型)和乙炔炭黑(比表面積56.742m2/g)在烘箱中105℃烘干至恒重，稱取二氧化鈦68.94克、乙炔炭黑31.06克得混合料；第二步取氧化鋯球400克，無水乙醇600ml(密度為0.79g/ml)，加混合料，在氧化鋁球磨罐(或橡膠罐)中進(jìn)行球磨混合12小時(shí)，至均勻；第三步將料漿在100℃下烘干至恒重；第四步通入氬氣作保護(hù)氣體把進(jìn)料室、微波合成室及冷卻室的空氣排除；把烘干至恒重的料漿裝入抽真空室，然后開抽真空室的真空泵(有壓力表)抽出空氣，達(dá)到真空度為-0.151Pa(壓力表的讀數(shù))后自動(dòng)關(guān)閉真空泵，再在抽真空室中通入氬氣；打開進(jìn)料室與微波合成室之間的氣動(dòng)門，用液壓推桿將混合料送到微波合成室，關(guān)閉氣動(dòng)門，開啟微波加熱至1300℃，恒溫10分鐘后合成完成，打開氣動(dòng)門，將合成完成的成品推進(jìn)冷卻室，開啟致冷系統(tǒng)冷卻至溫度低于100℃后出料。
上述三個(gè)實(shí)施例，出料后稱重，以計(jì)算合成率，用X射線衍射法進(jìn)行物相分析，用透射電鏡進(jìn)行粒度和形貌分析。分析結(jié)果如下表

從表中可以看出合成率達(dá)98％以上，所得TiC粉體不易團(tuán)聚。
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)式微波合成納米級碳化鈦的微波合成裝置，包括液壓推桿(1)、出料口(3)，其特征在于還包括隧道式全封閉的窯道(2)，所述隧道式全封閉的窯道(2)包括進(jìn)料室(2.1)、微波合成室(2.2)和冷卻室(2.3)，進(jìn)料室(2.1)、微波合成室(2.2)、冷卻室(2.3)依次連接，微波合成室(2.2)與進(jìn)料室(2.1)及冷卻室(2.3)之間有氣動(dòng)門(2.4)、(2.5)隔開；所述液壓推桿(1)與進(jìn)料室(2.1)的端部連接，進(jìn)料室(2.1)的側(cè)邊連接有抽真空室；所述冷卻室(2.3)與出料口(3)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)式微波合成納米級碳化鈦的微波合成裝置，其特征在于所述抽真空室有一個(gè)或兩個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的連續(xù)式微波合成納米級碳化鈦的微波合成裝置，其特征在于所述冷卻室(2.3)為外接致冷系統(tǒng)的冷卻室。
4.一種連續(xù)式微波合成納米級碳化鈦的方法，其特征在于步驟如下第一步將納米級二氧化鈦和乙炔碳黑烘干至恒重，按二氧化鈦∶乙炔碳黑＝79.9∶36的質(zhì)量比稱重混合得混合料；第二步按混合料∶氧化鋯球∶無水乙醇＝1∶2～4∶3～5的質(zhì)量比進(jìn)行球磨混合12～24小時(shí)，使之混合均勻得料漿；第三步將料漿烘干至恒重；第四步通入氬氣作保護(hù)氣體把進(jìn)料室、微波合成室及冷卻室的空氣排除；把烘干至恒重的料漿裝入抽真空室，然后開抽真空室的真空泵抽出空氣，達(dá)到真空度為-0.151Pa后自動(dòng)關(guān)閉真空泵，再在抽真空室中通入氬氣；打開進(jìn)料室與微波合成室之間的氣動(dòng)門，用液壓推桿將料漿送到微波合成室，關(guān)閉氣動(dòng)門，開啟微波加熱至1200～1300℃，恒溫10～30分鐘后合成完成，打開氣動(dòng)門，將合成完成的成品推進(jìn)冷卻室，開啟致冷系統(tǒng)冷卻至溫度低于100℃后出料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的連續(xù)式微波合成納米級碳化鈦的方法，其特征在于所述步驟一中納米級二氧化鈦和乙炔碳黑在100～110℃下烘干。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的連續(xù)式微波合成納米級碳化鈦的方法，其特征在于所述二氧化鈦是金紅石型。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的連續(xù)式微波合成納米級碳化鈦的方法，其特征在于所述步驟三中料漿在80～100℃下烘干。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種連續(xù)式微波合成納米級碳化鈦的方法及其微波合成裝置。本發(fā)明的裝置把進(jìn)料室、微波合成室及冷卻室三者用氣動(dòng)門隔開，形成三個(gè)互相獨(dú)立又互相關(guān)聯(lián)的一個(gè)連續(xù)整體，進(jìn)料室的抽真空室為負(fù)壓，而進(jìn)料室、微波合成室和冷卻室通保護(hù)氣而只需維持微正壓，不但可保證連續(xù)合成，而且可使整體造價(jià)大大降低，操作及維護(hù)非常方便。本發(fā)明的方法主要是利用了碳熱還原反應(yīng)原理，采用連續(xù)微波加熱合成，反應(yīng)溫度低，工藝過程簡單，易操作，合成產(chǎn)量高，能在較短時(shí)間內(nèi)快速合成純度高、粒徑分布均勻的納米級碳化鈦。
文檔編號C01G23/00GK1834009SQ200610034768
公開日2006年9月20日 申請日期2006年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月31日
發(fā)明者劉平安, 曾令可, 王慧, 程小蘇, 稅安澤, 張海文, 段碧林, 鄧偉強(qiáng), 劉陽 申請人:華南理工大學(xué)