新型方法和产物技术

本发明专利技术提供一种制造粉末形式的化合物的方法，其中所述化合物是(i)至少一种金属和/或准金属，和(ii)至少一种比所述或各所述金属和/或准金属更电负性的附加元素的反应产物，所述方法包含以下步骤：a.将所述至少一种金属和/或准金属的至少一种氧化物与包含Ca或Mg颗粒或粉末，和/或颗粒或粉末形式的氢化钙或氢化镁的还原剂混合，以形成混合物；b.使所述混合物暴露在所述至少一种附加元素的来源下；c.使所述混合物在H2气氛下在950℃至1500℃的温度下保持1至10小时；和d.回收粉末形式的所述化合物；其中所述至少一种附加元素选自碳、氮、硼、硅及其混合物。本发明专利技术还提供可通过这种方法获得的粉末形式的化合物。

Novel methods and products

The present invention provides a method for manufacturing a compound powder form, wherein the compound is (I) at least one kind of metal and / or metalloid, and (II) at least one of the reaction products than the additional element or the metal and / or quasi metal is more electronegative, the method contains the following steps: A., at least one of the at least one kind of metal oxide and / or metalloid and contain Ca or Mg particles or powder, mixed reductant and / or granular or powder form of calcium hydroxide or magnesium hydride, to form a mixture; the mixture of B. from at least one additional exposure the elements in the C.; the mixture is kept under H2 atmosphere at 950 DEG to 1500 DEG C for 1 to 10 hours; and recovery of D. powder form the compound; wherein the at least one additional element selected from carbon, nitrogen, boron, silicon and mixtures. The present invention also provides compounds in the form of powders obtained by this method.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利
本专利技术涉及制造硬相粉末，特别是金属碳化物、氮化物、硼化物和硅化物的新型方法。专利技术背景粉末冶金(PM)技术是用于有效制造复合金属基部件的完善途径。这些技术常用于需要基于铁、不锈钢、铜或镍的合金的用途。但是，需要如钛、铬、铌和钽之类材料的PM技术的应用迄今有限。大规模生产含金属的粉末时出现的一个问题是难以避免的杂质的存在。因此，US3140170描述了旨在提供用于还原氧化钛以产生氧和合金化镁(衍生自镁还原剂)含量低的产物的方法的途径。所述方法涉及在二氯化镁熔剂存在下和在氢气气氛中用镁金属还原氧化钛。这种方法据说能够实现低至2.23％的氧含量。但这仍代表显著的氧杂质含量，实际上，产物被描述为“不纯钛金属”并意在用作制备“高纯”钛所需的电解精炼的起始材料。关于金属粉末制备的更最近的公开文献包括JPH05299216，其涉及稀土基合金磁性材料的制备。在这种方法中，混合稀土氧化物、还原剂和金属，在含氢气氛中进行还原-扩散反应处理，然后将所得饼状反应产物冷却，在770至870℃下将气氛切换成惰性气体。另一公开文献是JPH01168827，其描述了制备铬粉末的方法。该方法涉及将氧化铬与氢化钙混合，然后在氢气下加热。另一公开文献是US2009/0053132，其描述了铌(或低价铌氧化物)粉末的制备。这种方法涉及将铌氧化物与还原剂混合，在真空中或在惰性气体或氢气下在600至1300℃的温度下使组分反应，浸析，然后加热(二次)到1000至1600℃的温度。上文提到的公开文献通常涉及金属粉末的制备。但是，另一类重要的产物是含金属的产物，如金属(或准金属)碳化物、氮化物、硼化物和硅化物。各种工业用途需要金属(或准金属)碳化物、氮化物、硼化物和硅化物。此类化合物应该合意地通过产生优质粉末形式的产物的方法制造。因此，例如，涉及强放热反应的方法会由于不受控烧结而使产物劣化。此外，强放热反应会降低该方法的效能并需要昂贵的反应器容纳该反应。大规模制备含有金属(或准金属)碳化物、氮化物、硼化物或硅化物的产物的典型方法涉及首先制备金属产物，然后进行使该金属与合适的碳、氮、硼或硅来源反应的进一步步骤。但是，即使使用相对较纯的起始材料，也难以以工业规模生产优质碳化物、氮化物、硼化物或硅化物产物。之前描述的制备金属碳化物和氮化物的方法包括下列。JPH03159910公开了无加热地研磨过渡金属粉末和碳粉末的方法。放热反应产生过渡金属碳化物。JP2010059047描述了用作磁制冷材料的含有稀土氮化物的大致球形粒子。通过氮化稀土元素(例如钇或钪)的球形粒子制备该粒子。CN102616780论述了在制备碳化钛之类的产物时出现的一些困难，注意到如果通过合并钛和碳的粉末进行直接碳化，该反应极迅速并难以控制。在这一背景下，CN102616780描述了涉及使用直流(DC)电弧法制备碳化钛纳米粒子的方法。这涉及使用自动控制的DC电弧等离子体设备，其中在钛阳极和石墨阴极存在下引入含有碳酸反应气体、惰性气体和活性气体的气态混合物。更最近，CN103318855论述了氮化铬的制备。在这方面，指出以前使用微波加热制备这类产物的方法，但据说导致难以除去留在产物中的无定形碳残留物。还指出，以前涉及电弧放电等离子体法的方法由于高能量消耗和低生产能力而不太适用于大规模生产。还指出，实现铬的氮化的常用方法涉及对各种铬材料施以氨气氛，但这些具有缺点(生成有害气体和设备腐蚀)并产生具有高氧含量的低纯产物。该文献随后继续描述通过在800至1200℃的温度下对高纯铬粉施以流动的氨制备氮化铬。但是，即使这样，例举的氮化铬产物中的氧含量据报道为2.38％和1.63％。另一参考文献，即CN101186300，涉及使用微波辐射制备硅化钛产物的方法。该方法涉及(a)选择含有钛和硅的反应物质体系，(b)将掺杂材料添加到该体系中，(c)混合和球磨直至粒度为5纳米-0.5毫米，(d)将该混合物置于坩埚中并在100至1500℃下在保护性气体存在下对其施以微波辐射0.1至10小时，和(e)洗涤、过滤和干燥以获得掺杂硅化钛产物。描述了由钛粉、硅粉和脲制成的一种特定产物-在压制后，将这些组分的混合物在氩气下在900℃下加热1小时，然后洗涤、过滤和干燥。也描述了由二氧化钛、镁和硅的粉末制成的第二种产物-将这些组分的混合物在氩气下加热至800℃0.5小时。但是，如上文论述，从CN103318855中获知，这种使用微波的方法会造成产物中的无定形碳残留，这难以除去。本专利技术涉及金属(或准金属)碳化物、氮化物、硼化物和硅化物的改进的和成本有效的制造，由此可以直接由该金属(或准金属)的相应氧化物有效地以优质粉末形式获得这些产物。本专利技术的方法还特别好地适用于工业规模下的大量生产。专利技术概述本专利技术基于下述发现：使用特定还原剂和特定温度，可以非常有效地在氢气气氛下还原金属和/或准金属的氧化物，以获得纯金属、准金属或其合金，并且可以通过引入碳、氮、硼和/或硅来源而将这些金属直接转化成碳化物、氮化物、硼化物、硅化物或其组合。最终产物具有极高纯度。本专利技术的方法特别可产生具有纳米级粒子的粉末形式的产物。本专利技术因此提供一种制造粉末形式的化合物的方法，其中所述化合物是(i)至少一种金属和/或准金属，和(ii)至少一种比所述或各所述金属和/或准金属更电负性的附加元素的反应产物，所述方法包含以下步骤：a.将所述至少一种金属和/或准金属的至少一种氧化物与还原剂混合以形成混合物，其中所述还原剂包含Ca、Mg、氢化钙、氢化镁或其混合物并以颗粒或粉末形式提供；b.使所述混合物与所述至少一种附加元素的来源接触；c.使所述混合物在H2气氛下在950℃至1500℃的温度下保持1至10小时；和d.回收粉末形式的所述化合物；其中所述至少一种附加元素选自碳、氮、硼、硅及其混合物。本专利技术还提供可通过上述方法获得的粉末形式的化合物。附图简述图1：显示用于制造碳化铌粉末的Nb2O5粉末的粒度分布的Sympatec曲线图2A：Nb2O5粉末的SEM显微照片图2B：Nb2O5粉末的EDS定量光谱图3：碳化铌粉末的最终产物的XRD图谱图4：显示NbC粉末的最终产物的粒子的粒度和它们的分布的Sympatec曲线图5：碳化铌粉末的最终产物粉末的SEM显微照片放大率a)200x,b)500x,c)2000x,d)4000x,e)在20kV下10000x和f)在5kV下4000x图6：碳化铌的最终产物粉末的EDS光谱图7：NbN粉末的SEM显微照片。放大率a)200x,b)500x,c)2000x图8：NbN粉末的XRD图谱图9：NbN粉末的Sympatec分析结果图10：由TiO2+还原剂制成的TiN粉末的SEM显微照片放大率a200x,b-c)500x,d-e)1000x和f)在20kV下1500x图11A：TiN粉末的XRD图谱图11B：TiN粉末的XRD图谱(Williamson-Hall曲线图)图12：TiN粉末的Sympatec分析结果图13A至13C：碳化钛粉末的SEM显微照片图14A：碳化钛粉末的XRD图谱图14B：碳化钛粉末的XRD图谱(Williamson-Hall曲线图)图15A和15B：碳化铬粉末的SEM显微照片图16A：碳化钛本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造粉末形式的化合物的方法，其中所述化合物是(i)至少一种金属和/或准金属，和(ii)至少一种比所述或各所述金属和/或准金属更电负性的附加元素的反应产物，所述方法包含以下步骤：a.将所述至少一种金属和/或准金属的至少一种氧化物与还原剂混合以形成混合物，其中所述还原剂包含Ca、Mg、氢化钙、氢化镁或其混合物并以颗粒或粉末形式提供；b.使所述混合物与所述至少一种附加元素的来源接触；c.使所述混合物在H2气氛下在950℃至1500℃的温度下保持1至10小时；和d.回收粉末形式的所述化合物；其中所述至少一种附加元素选自碳、氮、硼、硅及其混合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.21 GB 1405114.81.一种制造粉末形式的化合物的方法，其中所述化合物是(i)至少一种金属和/或准金属，和(ii)至少一种比所述或各所述金属和/或准金属更电负性的附加元素的反应产物，所述方法包含以下步骤：a.将所述至少一种金属和/或准金属的至少一种氧化物与还原剂混合以形成混合物，其中所述还原剂包含Ca、Mg、氢化钙、氢化镁或其混合物并以颗粒或粉末形式提供；b.使所述混合物与所述至少一种附加元素的来源接触；c.使所述混合物在H2气氛下在950℃至1500℃的温度下保持1至10小时；和d.回收粉末形式的所述化合物；其中所述至少一种附加元素选自碳、氮、硼、硅及其混合物。2.根据权利要求1的方法，其在步骤c和d之间进一步包含以下步骤：c1.将H2气氛切换成Ar或N2气氛并使所述混合物在其下保持至少1小时，然后；c2.在Ar或N2气氛下冷却。3.根据权利要求1或2的方法，其中所述至少一种氧化物包含选自B2O3、SiO2、Sc2O3、TiO2、V2O5、Cr2O3、Y2O3、ZrO2、Nb2O5、MoO3、HfO2、Ta2O5和WO3的至少一种。4.根据权利要求1、2或3的方法，其中所述或各金属和/或准金属选自Sc、Ti、V、Cr、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、B、Si及其混合物，且所述至少一种附加元素选自碳、氮及其混合物。5.根据权利要求4的方法，其中所述至少一种附加元素是碳，所述粉末形式的化合物是所述或各金属和/或准金属的碳化物，且所述还原剂包含Ca、Mg和/或氢化钙，且其中在步骤(c)中使所述混合物在H2气氛下在950℃至120...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·亚当，H·维达尔森，
申请(专利权)人：霍加纳斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE