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熔盐介质中制备Ti(C,N)及不同添加剂对炭砖性能的影响

陈希来

   Ti(C_(1-x)N_x)(0≤x≤1),具有高的熔点、高的硬度、相对高的热导率和导电性能,优良的抗磨损等性能,使其在各个领域都具有广泛的应用前景。目前,在工业化生产中普遍采用碳热还原法来制备Ti(C, N),但该方法存在原料混合难以均匀,反应时间较长,合成温度高等缺点;熔盐法在制备陶瓷粉体方面具有显著降低合成温度和缩短反应时间、较好的控制合成粉体的尺寸和形貌、适应性强、成本低等独特的优势,若将二者结合起来,则可能制备出性能优良的Ti(C, N)粉末。目前,将Ti(C, N)应用在耐火材料中却鲜有报道,如果将Ti(C, N)等非氧化物作为添加剂引入到高炉用炭砖中,则可能提高炭砖的强度、耐磨性、抗热冲击和抗熔体侵蚀性等。本文就以下三部分进行了研究: 第一部分通过对不同的工艺因素研究表明:在熔盐介质中以TiO_2和炭黑为原料来合成Ti(C, N),在氮气或埋炭气氛下,最佳的碳钛摩尔比约为2 : 1,反应在氮气气氛下进行的更充分;在埋炭气氛下,添加10wt%熔盐且热处理温度为1300℃×3h较好;熔盐为多组分且含有加热过程中能分解放出气体的对反应有利;原料混合时间一般为湿混30min;炭黑的粒度小、活性大对反应有利;小批量生产验证了实验的可行性。 第二部分通过熔盐浴中合成Ti(C, N)的研究表明:熔盐对合成Ti(C, N)有极大的促进作用,能有效降低反应温度和控制粒子形貌;制备的Ti(C, N)粒子的平均尺寸约为2~6μm,且形状规则,颗粒间团聚较小;分析其反应过程为TiO_2→Ti_4O_7→Ti_3O_5→TiO_xN_y→Ti(C, N)。第三部分研究了Ti(C, N)等不同添加剂对炭砖性能影响,结果表明:添加TiC和TiO_2+Al试样的体积密度最大,显气孔率最小,且加入TiO_2+Al试样的耐压强度最大;物相分析表明,金属Si在热处理过程中转化为SiC、Si2N2O以及石英,同时,TiO_2转化为Ti(C, N);600℃下,添加TiC试样的导热系数最大,其值为15.03W/m.k;添加TiO_2+Al试样的小于1μm孔容积值最大,为78.5%,且孔径主要集中在200nm左右;显微结构分析发现,添加TiO_2+Al试样的结构最致密,而只加TiO_2的结构疏松且有很多明显的气孔和裂纹;通过比较发现,以TiO_2+Al作为添加剂来改善和提高炭砖的性能最佳,但其配比和加入量需进一步研究。……   
[关键词]:熔盐;Ti(C;N);炭砖;性能;埋炭气氛
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:武汉科技大学2007年
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