碳化还原法制备纳米碳化铬粉末

2010 届毕业生 毕业论文 题 目 碳化还原法制备纳米碳化铬粉末 院系名称 材料科学与工程 专业班级 材料 F0605 学生姓名 学 号 指导教师 教师职称 2010 年 5 月 30 日 1 摘要 过渡金属碳化物具有较高的熔点 硬度和高温强度 这些材料同样显示良 好的电导率和热导率 这些优异的性能确保了它们在冶金 电子 催化剂和高 温涂层材料等方面的广泛应用 现在 各种各样合成碳化铬粉末的方法已经被研究 包括直接元素反应法 机械合金化法 程序升温反应法和气相还原碳化法 但是 这些方法在工业应 用中受到了限制 主要由于团聚问题 较宽的粒径分布 低产量 复杂的监控 和昂贵的成本 本实验课题采用纳米碳黑和纳米氧化铬为原料 用碳化还原法制造纳米铬 分别在不同的 C 含量 26 28 不同的烧成温度 900 1000 1100 和不同的保温时间 30min 60min 90min 下制造纳米碳化铬 并用金 相显微镜 XRD 红外线谱检测生成物的性质 通过实验得出以下结论 在 C 含量为 28 烧成温度为 1100 保温时间 为 90min 时 生成物不含其它杂质相 为单一的 Cr3C2 纳米碳化铬的各种性 质最趋近于理想值 关键词 碳化铬 碳化还原法 纳米氧化物 XRD 2 Title Preparation of nano carbon reduction chromium carbide powder Abstract Transition metal carbides has a high melting point hardness and high temperature strength these materials also show good electrical conductivity and thermal conductivity The excellent performance to ensure that their metallurgy electronics catalysts and high temperature coating materials such as extensive use of Now the various chromium carbide powder synthesis methods have been studied including direct element reaction mechanical alloying temperature programmed reaction and carbonation gas reduction law However these methods in industrial applications has been limited mainly due to reunion a wide size distribution low yield complicated and expensive monitoring costs In this study subjects using nano carbon black and nano chromium oxide as raw materials manufacture nano carbon chromium reduction method At different C content 26 28 different sintering temperature 900 1000 1100 and different holding time 30min 60min 90min of the manufacturing nano chromium carbide with metallographic microscopy XRD infrared spectral detection of resultant nature The experiment shows the following conclusions the C content was 28 sintering temperature is 1100 holding time was 90min the resultant free of other impurity phase various properties of chromium carbide nano the most close to ideal Keywords Chromium carbide carbon reduction nano oxides XRD 3 目录 1 绪论 1 1 1 碳化铬的性质及用途 1 1 1 1 铬简介 1 1 1 2 铬的化合物 1 1 1 3 氧化铬的用途 2 1 2 碳化铬的制备方法 4 1 3 国内外研究现状 5 1 3 1 国内研究现状 5 1 4 本课题研究目的 意义 6 1 5 本课题研究内容和技术路线 6 1 5 1 研究内容 7 1 5 2 技术路线 7 2 实验部分 9 2 1 实验原料 9 2 2 实验设备 9 2 3 实验过程 9 2 4 测试方法 9 2 4 1 物相分析 9 2 4 2 显微分析 10 2 4 3 红外线谱分析 10 3 纳米碳化铬粉体检测 11 3 1 XRD 分析 11 3 2 显微物相分析 13 3 3 红外线谱分析 17 结论 21 致谢 22 参考文献 23 1 1 绪论 1 1 碳化铬的性质及用途 过渡金属碳化物具有较高的熔点 硬度和高温强度 这些材料同样显示良 好的电导率和热导率 1 3 这些优异的性能确保了它们在冶金 电子 催化剂和 高温涂层材料等方面的广泛应用 5 9 过渡族金属碳化物碳化铬具有很多优异的 性能 作为硬质合金的晶粒长大抑制剂得到了广泛的应用 其作用机理为 合金 烧结时 碳化铬优先溶解在Co 相中 阻止WC向Co相溶解 从而有效地阻止WC的 溶解析出过程 在冷却阶段 碳化铬则固溶在Co相中 固溶强化了粘结相 此 外 碳化铬亦可作为喷涂粉使用 例如 碳化铬 25 NiCr 喷涂粉在高温下具 有较好的抗氧化性 抗腐蚀性和耐磨性 因而在航空航天领域得到了广泛的研究 1 1 1 铬简介 铬作为位于元素周期表第四周期第VI副族的过渡族金属元素 有多种价态 的氧化物 如氧化铬 二氧化铬等 氧化铬与红矾钠 铬酐 碱式硫酸铬同为 铬盐四大产品 商品氧化铬几乎均由红矾钠直接或间接制得 其产量大约占红 矾钠消费量的20 世界各国氧化铬总生产能力大约l0 万吨 年 且呈逐年增 长之势 1 1 2 铬的化合物 氧化铬即Cr2O3 属三方晶系 若取六方晶胞 则其晶胞参数为 4 960 4 960 13 584 轴比为4 473 Cr2O3 是两性氧化物 微溶于水 可以溶于酸且 溶于强碱而形成亚铬酸 但经过灼烧的Cr2O3 不溶于酸和碱 外观暗绿色 呈 蜂窝状 结构松散 长时间用水浸泡 水溶液略呈淡黄绿色 10 Cr2O3 具有 Al2O3 结构 这种刚玉型晶体是由氧离子密堆积而M3 离子 填充这些密堆积所形成的八面体空隙构成的 已知Cr3 和O2 的离子半径分 别为0 069nm 和0 132nm 正负离子半径比为0 52 在0 414 0 732 范围内 故Cr3 的配位数为6 所以处于八面体间隙中 一个铬离子被六个氧离子所包 围 在Cr2O3 的晶体结构中 氧离子占据密排六方晶体各点阵的位置 铬离子 则位于密排六方结构的八面体空隙 密排六方和面心立方晶体一样 平均每一 阵点可拥有一个八面体间隙和两个四面体间隙 故密排六方结构总共含有6 个 2 八面体间隙 为了保持电中性 只能有2 个Cr3 对3 个O2 因而 八面体间 隙只有2 3 被铬离子占据 而Cr3 按组成比只能填满为数2 3 的八面体空隙 11 图 1 1 氧化铬绿的晶胞结构 图 1 2 氧化铬晶胞中的八面体 图1 2为氧化铬的晶胞结构图 图中 阴影三角形是氧原子所填的位置 氧 化铬晶体结构可近似看成O 2 作六方密堆积ABCABC 用2 个Cr 3 占用3 种 位置 则排列组合可有三种方式 将这三种方式排列的Cr 3 离子层分别用 c c c 表示依次插入到氧密致层中 则结构在CH 轴上的排列方式可用下面 密堆积层的符号表示 图2 见上页 为铬氧八面体结构 该八面体中 六个O O 键长为0 496nm 另外 六个O O 键长为 0 536nm 六个Cr O 键长相等 均为0 365nm 因此 氧 化铬晶体是由变形的 CrO 6 9 八面体通过共顶角 共棱又有共面等复杂的方式 连接的 CrO6 9 中Cr 3 的配位只呈C2h对称性 其配位对称性将影响它的发 色性质 纯净无杂或没有化学计量偏移的Cr 2O3 由于3d 带比较窄而具有绝缘 体特征 但经高温煅烧后由CrO 3 分解形成的Cr 2O3 容易造成氧离子过剩或铬离 子缺位 故而具有半导体的特征 12 Cr 2O3 有 两种晶形 Cr2O3 是热力 学稳定晶形 而 Cr2O3 处于热力学介稳定形 具有较大活性 1 1 3 氧化铬的用途 氧化铬主要用途有四 用于冶金工业制金属铬及高级 非铁基 铬合金 用 3 作耐火材料 颜料 磨料 因此许多国家按用途将氧化铬分为四类 分别颁布 标准 冶金级氧化铬对杂质c s Fe As Pb等有限密度 杂质 Fe si等有规 定 颜料级氧化铬要求有良好的颜料性能 色光 着色力 吸油量 遮盖力等 磨料级氧化铬对粒度 抛光力 表面糙度有规定 除上述四类氧化铬外 国外 又开发了一些氧化铬新品种 如近来发表了大量文献 专利的熔喷用氧化铬 用等离子体直接喷涂致靶材 金属 陶瓷 上 形成具有极强附着力的保护膜 赋予靶材以耐磨 耐高温 抗腐蚀等优异性能 又如低吸水量氧化铬 高空隙 氧化铬等分别具有特殊性能 此外 氧化铬还用作触媒及其载体 用于制作复 合氧化物 以及作为原料制取铬的碳 氮 硼 硅化物 1 氧化铬粉体在陶瓷中的应用 耐磨性是高性能陶瓷中的一个重要特征 在大多数情形下 耐磨材料包含 两相 一相具有金属性 提供材料的韧性 另一相是硬质材料 为材料提供硬 度属性 材料韧性大能够更多地吸收外力施加后所产生的能量 防止断裂 它 可以通过增加相界或晶界的摩擦得到增强 氧化铬粉末是一种用于热喷涂的高 级耐磨涂层材料 利用热喷涂设备可将其喷涂在易磨损的金属部件表面 形成 坚硬致密的耐磨陶瓷涂层进而达到提高部件的耐磨性 延长使用寿命的目的 在工业的各个领域 如航空 石油 化工 机械 纺织和汽车等行列已得到了 日益广泛的应用 Cr 203涂层具有导温系数高 热膨胀系数低等特点 摩擦过程 中产生的热应力比较小 涂层不容易发生严重断裂 耐磨损性能优越 因具有 优异的耐磨 耐蚀等特性而被广泛应用于改制 耐火材料级氧化铬对熔点 2 氧化铬粉体在耐火材料中的应用 Cr203本身具有良好的耐热性能 含Cr 203的耐火材料广泛用于各种工业窑炉 将Cr 203添加到耐火氧化物中还能改善材料的某些性能 铬与氧能形成一系列氧 化物 通常能稳定存在的为三价铬与六价铬两种氧化物 Cr 203与Cr0 3 高价铬 氧化物加热时分解为较低价氧化物并析出0 2 如4Cr0 3 2Cr203 302 由于铬可 以以不同价的氧化物存在 因此气氛中的氧分压和温度对铬的氧化物都是敏感 的 Cr 203在还原气氛中会还原成00或Cr 而在氧化气氛中则有可能氧化为 Cr03 3 氧化铬粉体在无机颜料中的应用 4 氧化铬绿是具有优良化学性能与热稳定性能的有效颜料 因其颜色暗绿 许多人试图通过改变其色调 以得到鲜艳的绿色 但尚未得到预期结果 在颜 料实际应用时 除颜色外 着色力是一项重要指标 从经济考虑要求颜料着色 力尽可能高 含铬和氧化铬的颜料很多 刚玉型氧化铝和氧化铬的固溶体叫铬 铝绿 氧化铬Cr 203叫铬绿 金红石型锑和铬的固溶体叫铬钛黄 含铬氧化锡叫 紫丁香紫 尖晶石型钴 铬氧化物固溶体叫钻兰 铁 铬氧化物固溶体叫栗茶 铬钴氧化物固溶体叫浓黑 铬 铁氧化物固溶体叫艳黑 石榴石型铬 钙氧化 物固溶体叫维多利亚绿 铬 钴氧化物固溶体叫碧绿 屑石型含少量铬的锡屑 石叫铬锡桃红 含少量铬屑石的钛氧化物叫铬钛茶等 铬在玻璃陶瓷颜料中有极其重要的地位 因为含铬无机颜料几乎占了全部 颜料的一半以上 在尖晶石型 刚玉型 氧化锡 氧化钛 锡屑石等温度物质 中加入少量的Clp 使之固熔而呈色 铬由于固溶体晶格结构及共存过渡离子的 不同 将可能呈现出各种不同的颜色 例如 少量的c 与 A1203 Sn0 2 CaO Si0 2固熔可呈现出粉红或紫丁香紫色 较多的CIp可使 A1203系呈现绿色 再如 尖晶石型的茶色 红茶色 豆茶色 黑色的呈色同样 小可缺少c一 co一朋一Fe Cr系及含Sb s Ti0 2的固溶体因为少量C 的存在而 呈现孔雀绿或橙黄色 1 2 碳化铬的制备方法 现在 各种各样合成碳化铬粉末的方法已经被研究 包括直接元素反应法 13 机械合金化法 14 程序升温反应法 15 和气相还原碳化法 16 但是 这些方 法在工业应用中受到了限制 主要由于团聚问题 较宽的粒径分布 低产量 复杂的监控和昂贵的成本 20 世纪 30 年代以来 真空冶金技术在工业上开始应用 大量实践表明 真空冶金技术能有效地将反应体系中气相组分排出体系 有利于反应向生成产 物方向移动 快速达到平衡 提高产物回收率 节约能源 降低成本 提高综 合经济效益 而且有利于生产环境的改善 真空还原 特别是真空碳热还原金 属氧化物或化合物提取金属或碳化物的工艺 可大大降低还原温度 完成一些 常压下无法完成的作业 17 所以 该方法是目前制备碳化铬粉体的最常用的制 备方法 机械合金化是美国国际镍公司 INCO 的 Benjamin 于 20 世纪 60 年代末期最 5 早开发出来的 这是一种从元素粉末制取具有平衡或非平衡相组成的合金粉末 或复合粉末的制粉技术 18 它主要是利用高能球磨的方法 通过粉末颗粒之间 粉末颗粒与磨球之间长时间发生非常激烈的研磨 使粉末产生塑性变形 加工 硬化和破碎 这些被破碎的粉料在随后的球磨过程中又发生新生表面的互相冷 焊 再次被粉碎 如此反复破碎 混合 冷焊 不同组元原子互相渗入 从而 达到合金化的目的 聚合物的高温分解 溶胶 凝胶和水溶液前驱体法是合成亚微米或纳米级碳 化物陶瓷颗粒的新方法 这些方法具有如下潜在优点 19 20 能够得到均一 的反应产物 陶瓷产物的成分可以通过溶解过程进行调节 聚合物或 前驱体能够在低温下分解 促使陶瓷产物可以在较温和的条件下合成 例如 VIb 族元素水杨酸铬的高温分解 电化学合成碳化钽前驱体和水溶液合成钼和 钨的前驱体 1 3 国内外研究现状 1 3 1 国内研究现状 1996 年汪兆泉等 21 人在专利 CN1176224A 中提出了碳化铬粉末的制备方法 采用氧化铬为主要原料 用碳作还原剂 按照一定的配比和工艺路线 生产出 含碳量在 12 以上 碳化率在 99 以上的碳化铬 该方法工艺简单 但由于原 料粒度较粗 不利于碳化反应 碳化温度较高 造成生产成本较高 并且产物 粒度较粗 不能满足碳化铬粉末在现代工业中的应用 2004 年吴恩熙等 22 人在专利 CN1724349A 中提出了纳米碳化铬粉末的制 备方法 将 Cr2O3 溶解于有机物溶液中 溶液浓度为 10 20 溶液在离心式 喷雾干燥机中进行喷雾干燥 得到含有铬的络合物和游离有机物的混合粉末 粉末形状为多孔 疏松的空心球体 将此粉末在保护气氛中 500 600 进行焙 解 得到 Cr2O3 与原子级别游离 C 的均匀混合的粉末 在 850 1000 下 H2 CH4 碳化 40 90 分钟可制得粉末平均粒度为 0 1 微米 晶粒尺寸为 20 60 纳 米的纳米碳化铬粉末 该方法具有很多优点 如较低的反应温度 较短的反应 时间等 但也存在一些缺点 如工艺较复杂 采用 H2 或 H2 CH4 碳化 增加了 生产成本 2006 年郝俊杰等 23 人在专利 CN100357187C 中提供了一种纳米碳化铬粉末 的制备方法 该方法以重铬酸铵 水合肼 纳米炭黑 酚醛树脂为原料 制备 6 工艺为 合成非晶纳米 Cr2O3 配制酚醛树脂乙醇溶液 球磨 2 8h 干燥 1 2h 真空碳化 球磨 2 8h 干燥 过筛 产品 该方法具有较高的 创新性 并且合成的粉末达到了纳米级 但是工艺较复杂 浪费能源 生产成 本较高 不利于工业化生产 1 3 2 国外研究现状 Cintho等 24 人通过高能球磨铬粉和石墨粉 随后在800 2h条件下 氩气 气氛中进行热处理 最终得到碳化铬粉末 Cr 3C2和Cr 7C3 该方法存在的主要 问题是工艺较复杂 并且制得的碳化铬粉末的粒度偏大 不能满足碳化铬粉末 在现代工业中的应用 美国Rutger大学的Sadangi等 25 人利用 喷雾干燥 还原分解 气相碳化 工 艺制备了粒度为0 6 m的Cr 3C2粉末 其工艺过程为 首先制备含Cr的前驱体溶 液 然后进行喷雾干燥 再将喷雾干燥的粉末进行热解 将热解后的产物用 CH4 H2 混合气体进行气相碳化 该方法存在的主要问题是工艺较复杂 并且制 得的碳化铬粉末的粒度偏大 不能满足碳化铬粉末在现代工业中的应用 法国的S Loubiere等 26 人在H 2 CH4气氛中对亚稳铬氧化物进行热处理得到 了不同形貌的Cr 3C2 其制备过程为 将 NH 4 2 C2O4 2H2O与Cr NO 3 3在水溶液 中加热至60 时得到 NH 4 2 Cr C2O4 3 溶液 冷却至室温 然后迅速加入由两种 有机物混合而成的溶液 很快发生沉淀得到不同的氧化物前驱体 将沉淀后的 产物在90 下烘干48h 将烘干后的产物在330 进行热解得到CrOx X大约为1 9 然后在H 2 CH4气氛中气相碳化2h 得到不同形貌的Cr 3C2粉末 气相中CH4含量 为10 碳化温度为700 1 4 本课题研究目的 意义 碳化铬粉末的制备通常采用微米级三氧化二铬与固体碳混合碳化而成 由 于原料粉末粒度较粗 造成碳化温度较高 碳化时间较长 合成的碳化铬粉末 一般为微米级 难以满足现代工业需求 现代工业迫切需求超细 纳米级碳化 铬粉末 本课题从改善材料的反应动力学入手 以纳米氧化铬和纳米碳黑为原 料 由于纳米材料比表面积大 活性高 因此可以降低反应温度 缩短反应时 间 首先将纳米三氧化二铬和纳米碳黑均匀混合 可采用滚动球磨 高能球磨 等方法 并加入硬脂酸 十二烷基硫酸钠等表面活性剂进行改性 将原料干燥 7 后置于真空碳管炉中开始加热 于 600 保温 30min 然后直接升温至碳化铬转 化温度 即可得到纳米级碳化铬粉体 本实验以纳米三氧化二铬和纳米碳黑为原料来制备纳米碳化钒粉体 主要 基于以下反应原理 因为原料粉末粒度对化学固 固 固 气反应速率和反应产 物粒度都有较大影响 在利用碳热还原法制备碳化铬粉末的过程中 原料铬源 和碳源的颗粒越小 比表面积越大 它们之间的接触面积就越大 这样可以加 速碳热反应的进行 1 5 本课题研究内容和技术路线 1 5 1 研究内容 针对以上情况 主要研究的内容包括以下几个方面 1 反应温度对制备纳米碳化钒粉末的影响 以一定配比 研究不同温度对制备纳米碳化钒粉末的影响 主要采用以下 测试手段 a 采用 X 射线衍射仪分析不同温度下反应产物的物相组成 b 采用金相显微镜分析不同温度下反应产物的微观形貌 c 采用红外吸收光谱仪分析不同温度下产物的化学键 2 配碳量对制备纳米碳化钒粉末的影响 在同一温度下 研究不同配碳量对制备纳米碳化钒粉末的影响 主要采用 以下测试手段 a 采用 X 射线衍射仪分析不同配碳量下反应产物的物相组成 b 采用金相显微镜分析不同配碳量下反应产物的微观形貌 c 采用红外吸收光谱仪分析不同碳配量下反应产物的化学键 3 保温时间对制备纳米碳化钒粉末的影响 在同一温度下 研究不同保温时间对制备纳米碳化钒粉末的影响 主要采 用以下测试手段 a 采用 X 射线衍射仪分析不同保温时间下反应产物的物相组成 b 采用金相显微镜分析不同保温时间下反应产物的微观形貌 c 采用红外吸收光谱仪分析不同保温时间下反应产物的化学键 1 5 2 技术路线 本课题在制备纳米碳化铬时 采用了如图 1 1 所示的技术路线 8 图 1 1 制备纳米碳化钒的技术路线 反应物 原料 料 配比 配制溶液 加热 干燥 前驱体粉末 放入碳管炉 升温至反应温度 物相分析 微观组织分析 9 2 实验部分 2 1 实验原料 纳米碳黑 产地攀枝花 粒度98 2 2 实验设备 真空碳管炉 上海晨华电炉有限公司生产 额定功率 50KW 额定电压 380V 最高温度 2200 频率 50HZ 工作电压 0 36V 极限真空度 6 67 10 3Pa 工作区尺寸 160 200 烘 箱 上海市实验食品总厂生产 101A 1E 电热鼓风干燥箱 最高温度 250 2 3 实验过程 本实验是将纳米碳黑和纳米氧化铬按比例混合 加入无水酒精 放入球磨 罐中进行球磨 在球磨过程中要在球磨罐中加入直径大约 1 5cm 的小刚球促进 球磨的进行 球磨时间为 12h 球磨结束后进行干燥 把混合好并球磨好的混 料取出放入坩埚中 在干燥箱内进行干燥 干燥时间为 5 6h 温度为 90 待干燥好的混料冷却后就开始进行制备纳米碳化铬 碳化还原法制备纳米碳化铬的机理是氧化铬在真空下 随着温度的升高被 C 还原成低价铬 并进一步和 C 反应生成碳化铬 反应过程为 3Cr2O3 13C 2Cr3C2 9CO 2 1 本实验以纳米三氧化二铬和纳米碳黑为原料来制备纳米碳化钒粉体 主要 基于以下反应原理 因为原料粉末粒度对化学固 固 固 气反应速率和反应产 物粒度都有较大影响 在利用碳热还原法制备碳化铬粉末的过程中 原料铬源 和碳源的颗粒越小 比表面积越大 它们之间的接触面积就越大 这样可以加 速碳热反应的进行 2 4 测试方法 2 4 1 物相分析 采用丹东方圆仪器公司生产的 DX 1000 型 X 射线多晶衍射仪 对实验产物进 行物相分析 以确定产物的物相组成 并根据谢乐公式 D K Bcos 其 中 为 0 154 nm k 取 0 9 B 为衍射峰的半高宽 计算得到晶粒度 实验参 10 数为 管压 40 KV 电流 25 mA CuK 0 15460 nm 扫描速度为 0 06o sec 扫描范围为 2 20 90 o 2 4 2 显微分析 金相观察是对金属或金属材料的样品进行物相和形貌分析的手段之一 本 实验所采用的金相显微镜型号为 Stemi 2000 C 摄像机型号为 HV3102UC1 在 2 50 2 250 2 500 的放大倍数下对反应生成物样品进行显微结构的观察 和分析 2 4 3 红外线谱分析 采用红外吸收光谱仪 红外分光光度计 日本岛津公司生产 型号是 IRPrestige 21 仪器分析电压为 220V 11 3 纳米碳化铬粉体检测 3 1 XRD 分析 为了研究温度对制备纳米碳化铬的影响 我们在同一配碳量 同一保温时 间 不同烧成温度下进行了实验 反应产物的 X 射线衍射图如图 3 1 所示 图 3 1 是 900 时反应产物的 XRD 图谱 图 3 1 1 900 时反应产物的 XRD 图谱 由图 3 1 可以知道 900 时生成产物中主要是三氧化二铬 没有纳米碳化 铬生成 由此可知当温度为 900 时三氧化二铬和纳米碳黑还没有发生反应 产物没有碳化铬的生成 说明 900 的反应温度偏低 没有达到碳化还原的条 件 12 图 3 1 2 1000 时的 XRD 图像 由图 5 可知 1000 时 生成物中主要还是三氧化二铬 没有纳米碳化铬生 成 或者是量很少 由此可知当温度为 900 时反应物之间还没有发生反应 产物没有三氧化二铬的生成 说明在温度下三氧化二铬制备 C 还原成低价铬 还没有与 C 反应生成碳化铬 13 图 3 1 3 1100 时的 XRD 图像 由图 6 可知 当温度为 1100 时 反应生成物中主要为纳米碳化铬 由此 可知在此温度下反应物之间发生了反应 按照反应机理的过程生成了所需物质 纳米碳化铬 由以上 3 个图可知在 900 1000 1100 3 个温度条件下 当温度为 1100 时反应生成了碳化铬 当温度为 900 和 1000 时没有碳化铬的生成 可知碳化铬生成的最低温度为 1100 3 2 显微物相分析 14 a 100 倍 b 500 倍 c 1000 倍 图 3 2 1 以上 3 图是纳米碳黑含量为 28 烧成温度是 1000 时的金相显微图片 从图中我们可以看出此条件下的反应生成物的团聚现象比较明显 产物的粒度 不均匀 说明反应物之间的反映不是很充分 a 100 倍 b 500 倍 15 c 1000 倍 图 3 2 2 以上 3 图是纳米碳黑含量为 28 烧成温度是 900 时的金相显微图片 从图中我们可以看出此条件下的反应生成物的团聚现象比较明显 产物的粒度 不均匀 说明反应物之间的反映不是很充分 a 100 倍 b 500 倍 c 1000 倍 图 3 2 3 16 以上 3 图是纳米碳黑含量为 28 烧成温度是 1100 时的金相显微图片 从图中我们可以看出此条件下的反应生成物的团聚现象不明显 产物的粒度比 较均匀 且粒度比较小 说明反应物之间的反映比较充分 反应生成物的颗粒 大小符合要求 a 100 倍 b 500 倍 c 1000 倍 图 3 2 4 以上 3 图是纳米碳黑含量为 26 烧成温度是 900 时的金相显微图片 从图中我们可以看出此条件下的反应生成物的团聚现象比较明显 产物的粒度 不均匀 说明反应物之间的反映不是很充分 17 a 100 倍 b 500 倍 c 1000 倍 图 3 2 5 以上 3 图是纳米碳黑含量为 26 烧成温度是 1100 时的金相显微图片 从图中我们可以看出此条件下的反应生成物的团聚现象不明显 产物的粒度比 较均匀 且粒度比较小 说明反应物之间的反映比较充分 反应生成物的颗粒 大小符合要求 综上几个图片所知当烧成温度为 1100 纳米碳黑含量为 26 或 28 时 反应生成物没有明显的团聚现象 粒度比较细而且均匀 说明了纳米碳黑和纳 米氧化铬在碳化还原法的机理下反应生成纳米碳化铬的反应生成最低温度为 1100 3 3 红外线谱分析 18 图 3 3 1 C 含量 28 烧成温度 1000 图 3 3 2 C 含量 28 烧成温度 900 19 图 3 3 3 C 含量 28 烧成温度 1100 图 3 3 4 C 含量 26 烧成温度 1000 20 图 3 3 5 C 含量 26 烧成温度 1100 以上 5 张图片我们可以看出在温度为 1100 是出现有碳铬键 当温度低于 1100 时 红外线谱中没出现碳铬键 这说明在烧成温度为 1100 时 反应物 之间发生反应 生成碳化铬 当温度低于 1100 时 没有碳铬键的生成 说明 此时反应物之间没有发生反应 没有碳化铬的生成 21 结论 本文采用纳米氧化铬和纳米碳黑为原料来制备纳米碳化钒粉体 通过研究 得到以下主要结论 1 C 含量高时 反应物纳米碳黑和纳米氧化铬的反应比较充分 生成物 碳化铬的粒度比较细 颗粒均匀 没有明显的团聚现象 2 烧成温度低于 1100 时反应物纳米碳黑和纳米氧化铬的反应不充分 生成物的粒度比较粗 颗粒不均匀 有明显的团聚现象 3 烧成温度为 1100 时 反应物纳米碳黑和纳米氧化铬的反应比较充 分 生成物碳化铬的粒度比较细 颗粒均匀 没有明显的团聚现象 4 在 900 1000 1100 3 个温度条件下 当温度为 1100 时反应 生成了碳化铬 当温度为 900 和 1000 时没有碳化铬的生成 可知 碳化铬生成的最低温度为 1100 5 在温度为 1100 是出现有碳铬键 当温度低于 1100 时 红外线谱 中没出现碳铬键 这说明在烧成温度为 1100 时 反应物之间发生 反应 生成碳化铬 当温度低于 1100 时 没有碳铬键的生成 说 明此时反应物之间没有发生反应 没有碳化铬的生成 22 致谢 本次毕业设计在老师的悉心指导和严格要求下才得以完成 从课题选择 方案论证到具体设计和调试 无不凝聚着老师的心血和汗水 使我从始至终感 受着赵老师的耐心指导和无私的关怀 这三个月的毕业设计过程使我受益匪浅 在此特向我的指导老师表示深深的感谢和崇高的敬意 积跬步无以至千里 本设计能够顺利的完成 也归功于各位学院领导和任 课老师的认真指导和帮助 使我能够掌握和运用自己所学专业知识 在本次毕 业设计中在实践中得到应用 正是有了他们的悉心帮助和支持 才使我的毕业 论文顺利完成 在此向材料科学与工程学院的全体老师表示由衷的谢意 感谢 他们两年来对我的辛勤栽培 从接到论文题目到实验的完成 再到整篇论文的完成 每走一步对我来说 都是一次新的尝试和挑战 自己独立的学习和试验 查看相关的资料和书籍 让自己头脑中原本模糊的概念逐渐变得清晰 使自己的论文一步步完善起来 每一次改进都是我学习的收获 这次毕业实习的经历也使我终身受益 不学习就不可能有研究的能力 没 有自己的研究就不会有新的突破 希望这次的经历能让在我以后人生中激励我 前进 23 参考文献 1 颜练武 超细V 8C7和 Cr3C2粉末的制备方法 J 硬质合金 2004 21 4 244 248 2 颜练武 吴恩熙 超细Cr 3C2粉末的制备 J 硬质合金 2006 23 1 11 13 3 Jianhua Ma Meining Wu Yihong Du et al Low temperature synthesis of vanadium carbide VC J Materials Letters 2009 63 11 905 907 4 H Preiss D Schultzeb K Szulzewsky Carbothermal synthesis of vanadium and chromium carbides from solution Derived precursors J Journal of the European Ceramic Society 1999 19 2 187 194 5 吴恩熙 颜练武 钱崇梁 纳米V 8C7粉末的制备 J 中南大学学报 自然科学 版 2005 36 5 771 775 6 高翔 发展切削技术建设制造强国 J 工具技术 2003 37 11 3 7 7 吴厚平 张立 我国硬质合金产业的发展契机 近年来我国政府对硬质合金产 业的政策引导与扶持 J 中国钨业 2009 24 2 6 10 8 B Wittmann W D Schubert WC grain growth and grain growth inhibition in nickel and iron binder hard metals J 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