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随着航空航天领域的蓬勃发展,对于金属钛及钛合金的需求量也越来越大,极大的促进了我国钛产业的发展。为改变目前金属钛及其合金生产成本高、生产工艺不连续的缺点。众多研究者试图用熔盐电解方法来生产金属钛及其合金,但到目前为止,还没有适合工业生产的工艺研究工作报道。碳化钛由于具有耐高温、耐磨、耐腐蚀、高强度、高硬度、导热导电等优异性能,被用于制作金属陶瓷、切削刀具材料、耐磨耐火材料、耐热合金、硬质合金,在冶金矿厂、机械、化工、微电子、航天航空和国防等高新技术行业有着广泛的应用。目前探索一种高效节能方法制备得到纯度高、粒度分布均匀、颗粒团聚小、接近化学计量的碳化钛粉末是国内外广大科学研究者关注的焦点。 本文以“海绵钛熔盐电解方法制取金属钛粉末”为基础,制备出具有高比表面积的金属钛粉,同时对该电解钛粉进行理化性能表征。然后对TiO2碳热还原进行热力学计算,结合热力学软件,计算出TiO2碳热还原生成TiC所需的热量为500kJ/mol以上;对Ti-TiO2-C混合体系进行热力学分析,并结合生成产物的XRD,对Ti-TiO2-C混合反应机理进行推导,并确定了最佳的钛粉添加比例、反应温度、反应时间等。 在热力学理论计算的基础上,以锐钛型TiO2、C、自制熔盐电解钛粉为原料,系统地研究了真空碳热还原制备微米级TiC粉末的方法。结合试验可初步推断其反应机理为:400~650℃温度区间,Ti与C反应生成TiC,该反应为放热反应,但不能让TiO2与C碳热还原直接生成TiC。650~1200℃主要为TiO2与Ti的化合反应,生成低价钛氧化物,TiO2与Ti的反应遵循逐级脱氧过程即:Magenliphase(TinO2n-13<n<10)→Ti3O5→Ti2O3→TiO。由于TiO与C在较低的温度就可以发生碳热还原反应生成TiC,因此通过控制钛粉添加与TiO2生成TiO为该工艺的关键。通过研究最终确定了该工艺的最佳工艺条件:以TiO2、石墨为原料,添加钛粉比例27.2wt%,在星型球磨机中球磨1h,然后在真空炉下进行烧结,真空炉设置温度为1300℃,烧结时间4h。