專(zhuān)利名稱(chēng)：一種氮化鋯粉末的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于粉末冶金生產(chǎn)領(lǐng)域，特別涉及一種氮化鋯粉末的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
氮化鋯ZrN是一種難熔化合物，呈金黃色，分解溫度高，化學(xué)穩(wěn)定性好，具有良好 的耐高溫、耐腐蝕、耐磨性能，是良好的高溫結(jié)構(gòu)材料，也是超硬工具材料及表面保護(hù)材料。 目前合成的方法大致有三種其一，金屬鋯粉&直接氮化法；其二，氧化鋯&02碳熱還 原氮化法；其三，氯化鋯ZrCl4氣相沉積法。金屬鋯粉直接氮化法是將粒度小于0. 045mm的 鋯粉在氮?dú)庵屑訜岬?200°C，形成&N，此方法工藝簡(jiǎn)單，能耗低，產(chǎn)物ZrN純度高，其純度 可達(dá)99 99. 9%，缺點(diǎn)是反應(yīng)不能完全進(jìn)行，合成過(guò)程易產(chǎn)生熔融過(guò)程，即使采用產(chǎn)物&N 做稀釋劑來(lái)抑制熔融，效果也不理想。另外，鋯粉須將海綿鋯或碘化提純鋯經(jīng)過(guò)氫化——脫 氫、濕磨、烘干等工序制成粉末，工序長(zhǎng)，產(chǎn)能低，成本高。氧化鋯碳熱還原氮化法是將&02 與C混勻后在氮?dú)夥罩屑訜岬?100°C以上，被C還原后再與氮?dú)釴2合成&N，此方法 原料價(jià)格便宜，粉末顆粒均勻不團(tuán)聚，適合批量生產(chǎn)，缺點(diǎn)為還原過(guò)程使用過(guò)量C，導(dǎo)致產(chǎn)物 ZrN雜質(zhì)C和0含量偏高，純度低于99 %。ZrCl4氣相沉積法化雖可獲得既純又細(xì)的ZrN粉 末，但副產(chǎn)物HCl易腐蝕設(shè)備，只適合于在實(shí)驗(yàn)室中使用，制備薄膜和涂層。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服現(xiàn)有金屬鋯氮化法生產(chǎn)工序長(zhǎng)、成本高、以及合 成過(guò)程易產(chǎn)生熔融現(xiàn)象的問(wèn)題，提供一種工藝流程短、生產(chǎn)成本低、合成過(guò)程不產(chǎn)生熔融現(xiàn) 象的氮化鋯粉末的生產(chǎn)方法。本發(fā)明的生產(chǎn)方法是1、將海綿鋯粉碎成粒度小于3mm的顆粒；2、預(yù)氮化將粉碎后的海綿鋯顆粒置于真空爐內(nèi)，先抽真空，真空度達(dá)到5 40Pa 送電升溫，升溫過(guò)程中持續(xù)抽真空，并將真空度保持在10 IOOPa范圍內(nèi)，達(dá)到預(yù)氮化溫度 后恒溫，停止抽真空，向爐內(nèi)充入氮?dú)膺M(jìn)行預(yù)氮化反應(yīng)，其中，預(yù)氮化溫度為700 900°C， 升溫時(shí)間為5 10小時(shí)，爐內(nèi)氮?dú)鈮毫?0 IOOkPa,預(yù)氮化時(shí)間為3 5小時(shí)；預(yù)氮化 結(jié)束后，停電降溫，降溫過(guò)程中持續(xù)充入氮?dú)?，并保持爐內(nèi)氮?dú)鈮毫?00 IlOkPa,溫度 降至80°C出爐；3、氮化將預(yù)氮化物料粉碎成粒度小于0. 075mm粉末，再次裝入真空爐內(nèi)，先抽真 空，真空度達(dá)到5 40Pa送電升溫，升溫過(guò)程中持續(xù)抽真空，并將真空度保持在10 IOOPa 范圍內(nèi)，經(jīng)過(guò)2 5小時(shí)，溫度達(dá)到500 700°C，停止抽真空，向爐內(nèi)充入氮?dú)獠⒗^續(xù)升溫， 升溫過(guò)程中爐內(nèi)氮?dú)鈮毫?0 IOOkPa,經(jīng)過(guò)3 6小時(shí)達(dá)到氮化溫度保溫，持續(xù)充入氮 氣進(jìn)行氮化，其中，氮化溫度為1000 1400°C，爐內(nèi)氮?dú)鈮毫?0 IOOkPa,氮化時(shí)間為 3 5小時(shí)，氮化結(jié)束后，停電降溫，降溫過(guò)程中持續(xù)充入氮?dú)?，保持爐內(nèi)氮?dú)鈮毫?00 1 IOkPa,溫度降至80°C時(shí)，停止充氮?dú)?，將氮化鋯燒結(jié)塊出爐；
4、將氮化鋯燒結(jié)塊粉碎，即得到氮化鋯粉末。所述的海綿鋯純度大于99%。所述的氮?dú)饧兌却笥?9.9%。所述的氮化鋯粉末的粒度小于0. 05mm, ZrN純度為99 99. 5%。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1、去掉了海綿鋯氫化——脫氫制粉工序，工藝流程縮短了 1/3，從而降低了生產(chǎn)成 本，增加了產(chǎn)能，提高了生產(chǎn)效率，適合于規(guī)?；a(chǎn)。2、采用預(yù)氮化和氮化兩個(gè)步驟完成氮化過(guò)程，避免了一次高溫氮化過(guò)程中產(chǎn)生的 熔融現(xiàn)象，提高了氮化效率。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 1. 1、將純度大于99%的海綿鋯粉碎成粒度小于3mm的顆粒；1.2、預(yù)氮化將粉碎后的海綿鋯顆粒置于真空爐內(nèi)，先抽真空，真空度達(dá)到IOPa 送電升溫，升溫過(guò)程中持續(xù)抽真空，并將真空度保持在10 IOOPa范圍內(nèi)，達(dá)到預(yù)氮化溫度 后恒溫，停止抽真空，向爐內(nèi)充入氮?dú)膺M(jìn)行預(yù)氮化反應(yīng)，其中，氮?dú)饧兌却笥?9. 9%，預(yù)氮化 溫度為750°C，升溫時(shí)間為7小時(shí)，爐內(nèi)氮?dú)鈮毫?0 IOOkPa,預(yù)氮化時(shí)間為4小時(shí)；預(yù) 氮化結(jié)束后，停電降溫，降溫過(guò)程中持續(xù)充入氮?dú)?，并保持爐內(nèi)氮?dú)鈮毫?00 IlOkPa, 溫度降至80°C出爐；1. 3、氮化將預(yù)氮化物料粉碎成粒度小于0. 075mm粉末，再次裝入真空爐內(nèi)，先抽 真空，真空度達(dá)到20Pa送電升溫，升溫過(guò)程中持續(xù)抽真空，并將真空度保持在10 IOOPa 范圍內(nèi)，經(jīng)過(guò)3小時(shí)，溫度達(dá)到600°C，停止抽真空，向爐內(nèi)充入氮?dú)獠⒗^續(xù)升溫，升溫過(guò)程 中爐內(nèi)氮?dú)鈮毫?0 IOOkPa,經(jīng)過(guò)4小時(shí)達(dá)到氮化溫度保溫，持續(xù)充入氮?dú)膺M(jìn)行氮化， 其中，氮?dú)饧兌却笥?9.9%，氮化溫度為1200°C，爐內(nèi)氮?dú)鈮毫?0 IOOkPa,氮化時(shí)間 為4小時(shí)，氮化結(jié)束后，停電降溫，降溫過(guò)程中持續(xù)充入氮?dú)猓３譅t內(nèi)氮?dú)鈮毫?00 IlOkPa,溫度降至80°C時(shí)，停止充氮?dú)?，將氮化鋯燒結(jié)塊出爐；1.4、將氮化鋯燒結(jié)塊粉碎，即得到氮化鋯粉末，經(jīng)測(cè)定，產(chǎn)品主要化學(xué)成分如下 Zr 87. 4%, N 11. 8%，ZrN 純度為 99. 2% 0實(shí)施例2 2. 1、將純度大于99%的海綿鋯粉碎成粒度小于3mm的顆粒；2. 2、預(yù)氮化將粉碎后的海綿鋯顆粒置于真空爐內(nèi)，先抽真空，真空度達(dá)到IOPa 送電升溫，升溫過(guò)程中持續(xù)抽真空，并將真空度保持在10 IOOPa范圍內(nèi)，達(dá)到預(yù)氮化溫度 后恒溫，停止抽真空，向爐內(nèi)充入氮?dú)膺M(jìn)行預(yù)氮化反應(yīng)，其中，氮?dú)饧兌却笥?9. 9%，預(yù)氮化 溫度為800°C，升溫時(shí)間為9小時(shí)，爐內(nèi)氮?dú)鈮毫?0 IOOkPa,預(yù)氮化時(shí)間為4小時(shí)；預(yù) 氮化結(jié)束后，停電降溫，降溫過(guò)程中持續(xù)充入氮?dú)?，并保持爐內(nèi)氮?dú)鈮毫?00 IlOkPa, 溫度降至80°C出爐；2. 3、氮化將預(yù)氮化物料粉碎成粒度小于0. 075mm粉末，再次裝入真空爐內(nèi)，先抽 真空，真空度達(dá)到20Pa送電升溫，升溫過(guò)程中持續(xù)抽真空，并將真空度保持在10 IOOPa 范圍內(nèi)，經(jīng)過(guò)4小時(shí)，溫度達(dá)到650°C，停止抽真空，向爐內(nèi)充入氮?dú)獠⒗^續(xù)升溫，升溫過(guò)程中爐內(nèi)氮?dú)鈮毫?0 IOOkPa,經(jīng)過(guò)5小時(shí)達(dá)到氮化溫度保溫，持續(xù)充入氮?dú)膺M(jìn)行氮化， 其中，氮?dú)饧兌却笥?9.9%，氮化溫度為1300°C，爐內(nèi)氮?dú)鈮毫?0 IOOkPa,氮化時(shí)間 為5小時(shí)，氮化結(jié)束后，停電降溫，降溫過(guò)程中持續(xù)充入氮?dú)猓３譅t內(nèi)氮?dú)鈮毫?00 1 IOkPa,溫度降至80°C時(shí)，停止充氮?dú)猓瑢⒌啛Y(jié)塊出爐；2. 4、將氮化鋯燒結(jié)塊粉碎，即得到氮化鋯粉末，經(jīng)測(cè)定，產(chǎn)品主要化學(xué)成分如下 Zr 86. 9%, N 12. 5%，ZrN 純度為 99. 4%。實(shí)施例3 3. 1、將純度大于99%的海綿鋯粉碎成粒度小于3mm的顆粒；3. 2、預(yù)氮化將粉碎后的海綿鋯顆粒置于真空爐內(nèi)，先抽真空，真空度達(dá)到5Pa送 電升溫，升溫過(guò)程中持續(xù)抽真空，并將真空度保持在10 IOOPa范圍內(nèi)，達(dá)到預(yù)氮化溫度后 恒溫，停止抽真空，向爐內(nèi)充入氮?dú)膺M(jìn)行預(yù)氮化反應(yīng)，其中，氮?dú)饧兌却笥?9. 9%，預(yù)氮化溫 度為700°C，升溫時(shí)間為5小時(shí)，爐內(nèi)氮?dú)鈮毫?0 IOOkPa,預(yù)氮化時(shí)間為5小時(shí)；預(yù)氮 化結(jié)束后，停電降溫，降溫過(guò)程中持續(xù)充入氮?dú)?，并保持爐內(nèi)氮?dú)鈮毫?00 IlOkPaJ^ 度降至80°C出爐；3. 3、氮化將預(yù)氮化物料粉碎成粒度小于0. 075mm粉末，再次裝入真空爐內(nèi)，先抽 真空，真空度達(dá)到5Pa送電升溫，升溫過(guò)程中持續(xù)抽真空，并將真空度保持在10 IOOPa 范圍內(nèi)，經(jīng)過(guò)2小時(shí)，溫度達(dá)到500°C，停止抽真空，向爐內(nèi)充入氮?dú)獠⒗^續(xù)升溫，升溫過(guò)程 中爐內(nèi)氮?dú)鈮毫?0 IOOkPa,經(jīng)過(guò)3小時(shí)達(dá)到氮化溫度保溫，持續(xù)充入氮?dú)膺M(jìn)行氮化， 其中，氮?dú)饧兌却笥?9.9%，氮化溫度為1000°C，爐內(nèi)氮?dú)鈮毫?0 IOOkPa,氮化時(shí)間 為4小時(shí)，氮化結(jié)束后，停電降溫，降溫過(guò)程中持續(xù)充入氮?dú)?，保持爐內(nèi)氮?dú)鈮毫?00 1 IOkPa,溫度降至80°C時(shí)，停止充氮?dú)?，將氮化鋯燒結(jié)塊出爐；3. 4、將氮化鋯燒結(jié)塊粉碎，即得到氮化鋯粉末，經(jīng)測(cè)定，產(chǎn)品主要化學(xué)成分如下 Zr 87. 1%, N 11. 9%，ZrN 純度為 99%。實(shí)施例4 4. 1、將純度大于99%的海綿鋯粉碎成粒度小于3mm的顆粒；4. 2、預(yù)氮化將粉碎后的海綿鋯顆粒置于真空爐內(nèi)，先抽真空，真空度達(dá)到40Pa 送電升溫，升溫過(guò)程中持續(xù)抽真空，并將真空度保持在10 IOOPa范圍內(nèi)，達(dá)到預(yù)氮化溫度 后恒溫，停止抽真空，向爐內(nèi)充入氮?dú)膺M(jìn)行預(yù)氮化反應(yīng)，其中，氮?dú)饧兌却笥?9. 9%，預(yù)氮化 溫度為900°C，升溫時(shí)間為10小時(shí)，爐內(nèi)氮?dú)鈮毫?0 IOOkPa,預(yù)氮化時(shí)間為3小時(shí)；預(yù) 氮化結(jié)束后，停電降溫，降溫過(guò)程中持續(xù)充入氮?dú)?，并保持爐內(nèi)氮?dú)鈮毫?00 IlOkPa, 溫度降至80°C出爐；4. 3、氮化將預(yù)氮化物料粉碎成粒度小于0. 075mm粉末，再次裝入真空爐內(nèi)，先抽 真空，真空度達(dá)到40Pa送電升溫，升溫過(guò)程中持續(xù)抽真空，并將真空度保持在10 IOOPa 范圍內(nèi)，經(jīng)過(guò)5小時(shí)，溫度達(dá)到700°C，停止抽真空，向爐內(nèi)充入氮?dú)獠⒗^續(xù)升溫，升溫過(guò)程 中爐內(nèi)氮?dú)鈮毫?0 IOOkPa,經(jīng)過(guò)6小時(shí)達(dá)到氮化溫度保溫，持續(xù)充入氮?dú)膺M(jìn)行氮化， 其中，氮?dú)饧兌却笥?9.9%，氮化溫度為1400°C，爐內(nèi)氮?dú)鈮毫?0 IOOkPa,氮化時(shí)間 為3小時(shí)，氮化結(jié)束后，停電降溫，降溫過(guò)程中持續(xù)充入氮?dú)?，保持爐內(nèi)氮?dú)鈮毫?00 IlOkPa,溫度降至80°C時(shí)，停止充氮?dú)?，將氮化鋯燒結(jié)塊出爐；4. 4、將氮化鋯燒結(jié)塊粉碎，即得到氮化鋯粉末，經(jīng)測(cè)定，產(chǎn)品主要化學(xué)成分如下Zr 87. 6%, N :11· 9%，ZrN 純度為 99. 5%0
權(quán)利要求
1.一種氮化鋯粉末的生產(chǎn)方法，其特征在于，它是按照下述方法生產(chǎn)的(1)將海綿鋯粉碎成粒度小于3mm的顆粒；(2)預(yù)氮化將粉碎后的海綿鋯顆粒置于真空爐內(nèi)，先抽真空，真空度達(dá)到5 40Pa送 電升溫，升溫過(guò)程中持續(xù)抽真空，并將真空度保持在10 lOOPa范圍內(nèi)，達(dá)到預(yù)氮化溫度后 恒溫，停止抽真空，向爐內(nèi)充入氮?dú)膺M(jìn)行預(yù)氮化反應(yīng)，其中，預(yù)氮化溫度為700 900°C，升 溫時(shí)間為5 10小時(shí)，爐內(nèi)氮?dú)鈮毫?0 lOOkPa，預(yù)氮化時(shí)間為3 5小時(shí)；預(yù)氮化結(jié) 束后，停電降溫，降溫過(guò)程中持續(xù)充入氮?dú)?，并保持爐內(nèi)氮?dú)鈮毫?00 llOkPa，溫度降 至80°C出爐；(3)氮化將預(yù)氮化物料粉碎成粒度小于0.075mm粉末，再次裝入真空爐內(nèi)，先抽真空， 真空度達(dá)到5 40Pa送電升溫，升溫過(guò)程中持續(xù)抽真空，并將真空度保持在10 lOOPa范 圍內(nèi)，經(jīng)過(guò)2 5小時(shí)，溫度達(dá)到500 700°C，停止抽真空，向爐內(nèi)充入氮?dú)獠⒗^續(xù)升溫， 升溫過(guò)程中爐內(nèi)氮?dú)鈮毫?0 lOOkPa，經(jīng)過(guò)3 6小時(shí)達(dá)到氮化溫度保溫，持續(xù)充入氮 氣進(jìn)行氮化，其中，氮化溫度為1000 1400°C，爐內(nèi)氮?dú)鈮毫?0 lOOkPa，氮化時(shí)間為 3 5小時(shí)，氮化結(jié)束后，停電降溫，降溫過(guò)程中持續(xù)充入氮?dú)?，保持爐內(nèi)氮?dú)鈮毫?00 llOkPa，溫度降至80°C時(shí)，停止充氮?dú)猓瑢⒌啛Y(jié)塊出爐；(4)將氮化鋯燒結(jié)塊粉碎，即得到氮化鋯粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化鋯粉末的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述的海綿鋯純度大 于 99%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化鋯粉末的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述的氮?dú)饧兌却笥?99. 9%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化鋯粉末的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述的氮化鋯粉末的 粒度小于0. 05mm, ZrN純度為99 99. 5%。
全文摘要
一種氮化鋯粉末的生產(chǎn)方法，具體的生產(chǎn)方法是將海綿鋯粉碎成粒度小于3mm的顆粒；將粉碎后的海綿鋯顆粒置于真空爐內(nèi)，真空度達(dá)到5～40Pa送電升溫，達(dá)到預(yù)氮化溫度后恒溫，停止抽真空，向爐內(nèi)充入氮?dú)膺M(jìn)行預(yù)氮化反應(yīng)；預(yù)氮化結(jié)束后，停電降溫，溫度降至80℃出爐；將預(yù)氮化物料粉碎成粒度小于0.075mm粉末，再次裝入真空爐內(nèi)，真空度達(dá)到5～40Pa送電升溫，經(jīng)過(guò)2～5小時(shí)，溫度達(dá)到500～700℃，停止抽真空，向爐內(nèi)充入氮?dú)獠⒗^續(xù)升溫，經(jīng)過(guò)3～6小時(shí)達(dá)到氮化溫度保溫，持續(xù)充入氮?dú)膺M(jìn)行氮化，氮化結(jié)束后，停電降溫，降溫過(guò)程中持續(xù)充入氮?dú)?，溫度降?0℃時(shí)，將氮化鋯燒結(jié)塊出爐；將氮化鋯燒結(jié)塊粉碎，即得到氮化鋯粉末。
文檔編號(hào)C01B21/076GK102001634SQ201010531858
公開(kāi)日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月26日
發(fā)明者卜憲坤, 張桂華, 王明秋, 黎明 申請(qǐng)人:錦州市金屬材料研究所