一种由含钛矿混合物直接制备金属碳化物材料的方法

摘要

本发明公开了一种由含钛矿混合物直接制备金属碳化物材料的方法，解以质量分数为42.6%的含钛高钛渣、质量分数为0.9%的碳粉，加入质量分数为4%的聚乙烯醇缩丁醛粘结剂，后再加入适量无水乙醇球磨15小时，获得含钛矿/粉料，称取～0.5克粉料在8MPa的压力下压制为薄片；然后用泡沫镍分层按三明治式上下包裹压制成薄片，并用铁铬铝丝相连接制成含钛矿/碳粉三明治包裹式阴极，用铁铬铝丝一端插入透氧膜膜管内，其另一端作为电解阳极；以分析纯无水CaCl₂为熔盐电解质，刚玉坩埚为电解池，电解后从阴极上得到电解产物。该方法能从含有钛、硅氧化物的钛矿混合物直接制成含碳化物材料，简化了工艺流程，提高提炼含碳化物效率，且对初始材料要求不高，降低了制造成本。

主权项

一种由含钛矿混合物直接制备金属碳化物材料的方法，其特征在于具有以下过程和步骤：（1）配制粉料：首先以质量分数为含氧化钛 15 % ～ 25 % 的含钛高炉渣添加质量分数为15% ～ 30 % 的高钛渣，质量分数为0.1 % ～ 1.1 % 碳粉、质量分数为1 % ～ 10 % 的SiO₂为原料，同时添加质量分数为2 %～10% 的聚乙烯醇缩丁醛作为粘结剂，然后加入适量无水乙醇球球磨混合15～20小时，得到混合均匀的含钛矿粉料；（2）混合物三明治包裹式阴极制备：将混合均匀的含钛矿粉料在6～20 MPa压力下压制为薄片，然后将该薄片按三明治式上下包裹，并与铁铬铝丝相连接构成三明治包裹式阴极；（3）固体透氧膜阳极组装： 首先采用一端封口的氧化铈管，该管材料由［xCe‑(8‑x)YSZ，0≤x≤7］组成，该氧化铈管内装有低熔点金属锡，添加碳粉，以氧化铈管内金属锡液为碳饱和状态，其管内金属锡液为阳极，然后用铁铬铝丝一端插入透氧膜膜管内，其另一端构成电解阳极，利用透氧膜实现对氧离子传导和碳反应物的控制；（4）电解合成制备含碳化物材料： 采用刚玉坩埚或不锈钢坩埚作为电解池，纯无水氯化钙作为电解质，以高纯氩气（氩气纯度体积百分比为99.999%）作为保护气体，然后将上述步骤(2)所述的阴极、上述步骤(3)所述的阳极放入电解池中，电解过程中温度控制在900～1100 °C，阴极与阳极之间外加电压为3.0V～4.0V，对前述复杂含钛矿混合物阴极片进行直接脱氧，从阴极上得到电解产物，当电流下降至0.2～0.3安培时，电解结束，所述的电解产物为金属碳化物及含碳化物，即为：Ti₅Si₃/TiC 、Ti₅Si₃/Ti₃SiC₂ 、Ti₅Si₃/TiC/Ti₃SiC₂（5）将电解后所得阴极产物取出，用水浸泡数次，去除残留熔盐，低温烘干后即得金属碳化物及含碳化物复合材料。