纳米钛铌氧氮化物粉体的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种制备纳米钛铌氧氮化物粉体的方法。其特征在于以共沉淀制备的纳米ＴｉＯ↓［２］／Ｎｂ↓［２］Ｏ↓［５］复合粉体为原料，在氨气气氛中将复合粉体高温氮化制得纳米钛铌氧氮化物粉体。通过改变氧化物复合粉体中金属钛和铌的含量比，可以获得不同组分的纳米钛铌氧氮化物（Ｔｉ↓［１－ｚ］Ｎｂ↓［ｚ］Ｏ↓［ｘ］Ｎ↓［ｙ］）（０＜ｚ＜１）粉体。本制备方法工艺简单、操作方便、成本低廉，易于工业化生产，得到的纳米钛铌氧氮化物粉体纯度高，粒径小（３０－６０ｎｍ）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纳米钛铌氧氮化物(Ti1-zNbzOxNy)(0＜z＜1)粉体的制备方法。属于纳米粉体领域。
技术介绍
过渡金属氮化物由于具有高熔点、高硬度和良好的耐磨性能，在结构材料的应用上受到广泛关注。一些过渡金属氮化物还表现出良好的电学、热学和催化特性，在功能材料中有广泛的应用前景。在双金属或多金属氮化物(氧氮化物)中，一种金属被另外一种或多种金属取代，其结构发生变化，具备了新的机械、电、光、磁等性能。K.H.Lee等在Thin Solid Films，2001(385)：167-73中报导的结果表明：Ti1-xCrxN(x＝0.8)涂层的硬度比单一的TiN或CrN涂层的硬度都高。由于双金属或多金属氮化物(氧氮化物)比单金属氮化物具有更为独特的结构和性能，合成新的双金属或多金属氮化物(氧氮化物)成为研究的热点。目前，合成双金属或多金属氮化物(氧氮化物)的方法主要是：氮化物与金属进行反应；氮化物与氮化物进行反应；金属粉体与氮气或者氨气进行反应；叠氮化物与氮化物的反应；氧化物前躯体的氨解反应等。氨解氧化物前躯体制备双金属或多金属氮化物(氧氮化物)工艺简单，适合工业化生产。TiN和NbN都具有优良的物理化学特性，如高熔点、高硬度、良好的耐磨性、金属导电性、化学稳定性，并且已经广泛用于涂层材料、复合材料中的添加相等。目前，TiN/NbN超晶格薄膜研究很多，但含有钛、铌的氧氮化物固溶体粉体却鲜有报导。本专利技术拟采用化学共沉淀的方法合成含有Ti-Nb-->的氧化物前躯体，通过氨解前躯体制备了钛铌氧氮化物(Ti1-zNbzOxNy)的纳米粉体。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种合成纳米钛铌氧氮化物(Ti1-zNbzOxNy)粉体的方法，它是以化学共沉淀法制备的纳米TiO2/Nb2O5复合粉体为前躯体，以流动氨气为氮化剂合成纳米钛铌氧氮化物粉体。该制备方法工艺简单、操作方便、成本低廉，易于工业化生产，得到的纳米氧氮化物粉体具有粒径小，纯度高等特点。本专利技术是这样实施的：以钛酸丁酯、草酸、五氧化二铌水合物为原料，配置含有不同Ti∶Nb比的溶液，以氨水为沉淀剂，采用化学共沉淀法，经过沉淀、洗涤、干燥、煅烧等工艺制备纳米TiO2/Nb2O5复合粉体；将纳米TiO2/Nb2O5复合粉体置于管式反应炉中，以流动的氨气为氮化剂，高温氮化反应制得纳米钛铌氧氮化物(Ti1-zNbzOxNy)粉体。具体实施可以分为三步：(1)配置含有不同Ti∶Nb比的混合溶液；(2)化学共沉淀法制备纳米TiO2/Nb2O5复合粉体；(3)氨解氧化物前躯体制备纳米钛铌氧氮化物(Ti1-zNbzOxNy)粉体。现将三步分别详述如下：一、配置含有不同Ti/Nb比的混合溶液将0.5-1.0M草酸水溶液加热到80℃，剧烈搅拌下缓慢加入五氧化二铌水合物(Nb2O5·xH2O)粉体，草酸(C2H2O4·2H2O)与Nb+5的摩尔比为3-4，溶解过程中持续加热，保持溶液温度80℃以上直至得到完全澄清的溶液；将有机钛酸盐如钛酸丁酯溶解至无水乙醇中，配置成浓度为0.1-0.5M的乙醇溶液；将上述两种溶液混合，配置成含有不同Ti/Nb比的混合溶液。二、化学共沉淀法制备纳米TiO2/Nb2O5复合粉体在强力搅拌下，将含有不同Ti/Nb比例的混合溶液逐滴滴入PH值为9-10的氨水溶液中，不断搅拌且产生沉淀。沉淀过程中，通过滴加3-6M的氨水溶液保持溶液的PH值为9-10，滴加过程发生化学共沉淀的温度为20-60℃；-->滴加过程结束后，继续搅拌8-24h；将沉淀过滤，先用蒸馏水洗涤数次，使得沉淀物的PH值接近中性(PH＝7)，然后用乙醇洗涤2次，除去沉淀物中的水分；将此沉淀物在80-120℃下烘12-24h，烘干研磨过200目(75μm)筛，最后在400-450℃下煅烧2-5h得到纳米TiO2/Nb2O5复合粉体。三、将TiO2/Nb2O5复合粉体在高温下氮化，也即氨解氧化物前躯体制备纳米钛铌氧氮化物(Ti1-zNbzOxNy)粉体将纳米TiO2/Nb2O5复合粉体放入石英舟或者石英管中，装入管式气氛炉，通入流量为0.5-2.0L/min的氨气，以5-10℃/min的升温速度升温到700-900℃，并保温5-8h氮化反应。待反应结束后，在流动氨气下保护冷却至室温，得到钛铌氧氮化物(Ti1-zNbzOxNy)粉体。本专利技术提供的纳米钛铌氧氮化物粉体合成方法的特点是：1、可以合成含有不同钛铌比例的纳米钛铌氧氮化物(Ti1-zNbzOxNy)粉体，其中0＜z＜1；0＜x＜0.3；0.7＜y＜1.1；2、合成的钛铌氧氮化物粉体纯度高，粒径小(30-60nm)；3、合成工艺简单，易于实现工业化生产。附图说明图1.合成Ti1-zNbzOxNy(z＝0.8)粉体的X射线衍射图。图2.合成Ti1-zNbzOxNy(z＝0.8)粉体的X射线衍射慢扫描图(40-45°)。图3.合成Ti1-zNbzOxNy(z＝0.8)粉体的透射电镜照片。图4.合成Ti1-zNbzOxNy(z＝0.5)粉体的X射线衍射图。图5.合成Ti1-zNbzOxNy(z＝0.5)粉体的透射电镜与电子衍射照片。图6.合成Ti1-zNbzOxNy(z＝0.2)粉体的X射线衍射图。图7.合成Ti1-zNbzOxNy(z＝0.2)粉体的透射电镜照片。具体实施方式用下列非限定性实施例进一步说明实施方式及效果：-->实施例1取30.87g草酸溶于450ml蒸馏水中，将溶液加热至80℃，磁力搅拌，缓慢加入17.82g五氧化二铌水合物(五氧化二铌的质量含量为60.88％)直至形成澄清溶液；取6.95g钛酸丁酯溶于100ml无水乙醇。将上述两种溶液混合，搅拌均匀，形成Ti∶Nb＝1∶4的溶液。将混合溶液逐滴滴入PH为9-10的1500ml氨水溶液中进行沉淀。沉淀过程中始终保持强力搅拌，并通过滴加3M的氨水溶液保持沉淀所在溶液的PH值为9-10。滴加过程结束后，继续搅拌8h。将沉淀过滤，滤饼先用蒸馏水洗涤4次，然后用无水乙醇洗涤2次。沉淀在80℃下烘12h，研磨，过200目(75μm)筛，450℃下煅烧2h，得到纳米二氧化钛/五氧化二铌复合粉体。将纳米二氧化钛/五氧化二铌复合粉体放入石英管中，通入1L/min的氨气，先以10℃/min的升温速度升温到600℃，然后以5℃/min的升温速度升温到900℃，保温5h后，在0.5L/min的氨气保护下冷却至室温，得到纳米钛铌氧氮化物。图1为本实施例所合成的纳米钛铌氧氮化物粉体的X射线衍射图，三个衍射峰分别对应与立方结构相的(111)、(200)、(220)晶面的衍射峰。图2为粉体在40-45°范围内的X射线慢扫描衍射图。在此范围内只出现一个衍射峰，且衍射峰的位置位于TiN与NbN峰位之间，说明合成的粉体是含钛铌的氧氮化物立方结构固溶体。氧、氮含量的测定表明合成粉体的组成为Ti0.2Nb0.8O0.17N0.94。图3为该粉体的透射电镜照片，表明其粒径在40-60nm之间。实施例2取22.40g草酸溶于300ml蒸馏水中，将溶液加热至80℃，磁力搅拌，缓慢加入12.93g五氧化二铌水合物(五氧化二铌的质量含量为60.88％)直至形成澄清溶液；取20.1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米钛铌氧氮化物粉体的制备方法，其特征在于制备过程分三步：（１）配置含有不同钛、铌比例的混合溶液；（２）以共沉淀法制备纳米ＴｉＯ↓［２］／Ｎｂ↓［２］Ｏ↓［５］复合粉体；（３）将ＴｉＯ↓［２］／Ｎｂ↓［２］Ｏ↓［５］复合粉体在氨气中高温氮化制备铌钛氧氮化物所制备的铌钛氧氮化物通式为Ｔｉ↓［１－ｚ］Ｎｂ↓［ｚ］Ｏ↓［ｘ］Ｎ↓［ｙ］，其中０＜ｚ＜１；０＜ｘ＜０．３；０．７＜ｙ＜１．１。

【技术特征摘要】
1.一种纳米钛铌氧氮化物粉体的制备方法，其特征在于制备过程分三步：(1)配置含有不同钛、铌比例的混合溶液；(2)以共沉淀法制备纳米TiO2/Nb2O5复合粉体；(3)将TiO2/Nb2O5复合粉体在氨气中高温氮化制备铌钛氧氮化物所制备的铌钛氧氮化物通式为Ti1-zNbzOxNy，其中0＜z＜1；0＜x＜0.3；0.7＜y＜1.1。2.按权利要求1所述的纳米钛铌氧氮化物粉体的制备方法，其特征在于制备步骤是：A.配置含有不同钛、铌比例的混合溶液1)将0.5-1.0M草酸水溶液加热到80℃，搅拌下加入Nb2O5·xH2O，保持80℃得到澄清溶液；2)将钛酸丁酯溶解至无水乙醇中，配置成浓度为0.1-0.5M的乙醇溶液；3)将上述两种溶液混合，配置成不同Ti/Nb比例的混合溶液；B.以共沉淀法制备不同配比的TiO2/Nb2O5复合粉体1)将步骤A制备的不同Ti/Nb比例的混合溶液，逐滴滴入PH＝9-10的氨水溶液中，不断搅拌且发生化学沉淀；2)滴加结束后，继续搅拌8-24h，沉淀过滤，蒸镏水洗涤使沉淀物的PH＝7，再用乙醇洗涤除去沉淀物中的水份；3)除去水份后的沉淀物在80-120℃温度下烘干，过筛，最后在400-450℃下煅烧，得到TiO2/Nb2O5复合粉体；C.将TiO2/Nb2O5复合粉体在高温下氮化制备钯钛氧氮化物1)将步骤B制得的不同配比的TiO2/Nb2O5复合粉体放入石英...

【专利技术属性】
技术研发人员：高濂，冉松林，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]