碳氮化鈦粉體制備

      在各類機械零部件的制造中，都需用刀具進行加工處理。刀具材料的切削性能是決定加工效率、加工質(zhì)量和加工成本的關(guān)鍵因素之一。WC-Co基硬質(zhì)合金刀具是目前使用最多的刀具材料。但是，鎢、鈷為稀有資源，導(dǎo)致WC-Co基硬質(zhì)合金材料成本較高。

     碳氮化鈦材料有熔點高、強度高、耐磨性強、耐腐蝕及抗氧化等優(yōu)良特性，它兼具了TiC和TiN的優(yōu)點，除了非常適合高端精密加工和近凈成型加工以外，它在保持TiC特點基礎(chǔ)上，由于N的引入，TiC脆性特點得到明顯改善。在隨著N含量增加，其硬度降低，韌性提高。正是由于其優(yōu)良的綜合性能，使得碳氮化鈦基陶瓷在切削領(lǐng)域、耐高溫材料、量具、石油和化工、鐘表外觀等領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用。

1、高溫固溶法

高溫固溶法是制備Ti(C，N)粉末的傳統(tǒng)方法，通常是由一定量的TiN和TiC粉末均勻混合于1700～1800℃高溫下熱壓固溶形成，或于Ar或N2氣氛中在更高的溫度下通過固溶而獲得。為了抑制晶粒長大，同時提高粉末活性和燒結(jié)性能，也可以適當(dāng)降低固溶溫度。即使降低固溶溫度，高溫固溶法也存在反應(yīng)溫度過高、能耗大、難以獲得高純粉末、N/C比不易準(zhǔn)確控制等缺點。

2、TiN和C粉高溫氮化法

高溫氮化法通常是以TiN粉末和C粉為原料，混合后在高溫和N2或Ar氣氛下進行長時間碳氮化處理，從而獲得Ti(C，N)粉體。Frederic等用納米尺寸的TiN粉末+10wt%的炭黑在Ar氣流中于1430℃保溫3h，固相合成了Ti(C，N)粉末，展現(xiàn)出規(guī)則形狀的亞微米顆粒。同樣，高溫氮化法存在反應(yīng)溫度過高、生產(chǎn)效率低、能耗大、生產(chǎn)成本高等缺點。

3、TiO2碳熱還原氮化法

碳熱還原氮化法是以TiO2和C粉為原料，在N2中高溫還原合成Ti(C，N)粉末的工藝，碳熱還原法產(chǎn)物的大小及形貌可通過工藝參數(shù)控制，廣泛應(yīng)用于工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)。

4、溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法是采用TiO(OH)2溶膠為Ti源，在液相中將炭黑混合、分散，經(jīng)過系列反應(yīng)得到的凝膠在N2下高溫?zé)崽幚淼玫絋i(C，N)粉末。有研究者以TiO(OH)2溶膠與納米級炭黑混合后形成的凝膠，經(jīng)干燥后在N2氣氛下1400～1600℃高溫反應(yīng)得到Ti(Cx，N1-x)，其中1-x=0.2～0.7，Ti(Cx，N1-x)超細粉末的平均粒徑<100nm。通過提高原料C/Ti比、提高反應(yīng)溫度、延長保溫時間、降低氮氣流量等工藝有利于提高x值。

5、氨解法

氨解法通常是在常溫下，將TiCl4溶入適當(dāng)?shù)娜軇┲胁⒓尤胩砑觿旌暇鶆蚝笈cNH3反應(yīng)，生成Ti的胺基化合物與添加劑的均勻混合中間體，然后中間體與NH4Cl溶液混合沉淀并除去中間體中的胺，再在真空或Ar氣氛下于1200～1600℃熱解獲得Ti(C，N)粉末。氨解法的特點是制備溫度比傳統(tǒng)制備方法（高溫固溶法，1800℃）低，得到的Ti(C，N)粉末具有比表面積高、粒度小、粒度分布集中和純度高等優(yōu)點，但成本較高，工藝過程復(fù)雜。

6、高溫自蔓延反應(yīng)法

高溫自蔓延反應(yīng)法是將Ti粉、C粉均勻混合，預(yù)壓成型得到壓坯，然后在含N2的裝置中高溫“點燃”反應(yīng)，從而得到塊體產(chǎn)物，通過破碎細化可得到Ti(C，N)粉末。

7、等離子體化學(xué)氣相沉積法

Ti(C，N)等離子體化學(xué)氣相沉積法通常是用等離子體激活TiCl4反應(yīng)氣體，促進其在基體表面或近表面空間進行化學(xué)反應(yīng)，生成Ti(C，N)固態(tài)膜的技術(shù)。后來為了避免TiCl4對反應(yīng)容器的腐蝕和對環(huán)境造成污染，常采用無氯的含Ti有機物來取代TiCl4。這類含Ti有機物主要包括鈦酸四甲脂、鈦酸四乙脂、四異丙基鈦、鈦酸四丁脂及氨基鈦等。

8、高能球磨誘導(dǎo)自蔓延合成法

高能球磨作為一種粉體加工方法，不僅可以均勻混合并活化粉末從而降低燒結(jié)反應(yīng)溫度、促進合金化，還可以在室溫下誘導(dǎo)自蔓延反應(yīng)合成納米Ti(C，N)粉體。高能球磨誘導(dǎo)自蔓延合成Ti(C，N)技術(shù)集粉末混合和反應(yīng)于一體，克服了傳統(tǒng)的高溫條件，可直接得到Ti(C，N)粉末。