碳氮化钛粉体制备

      在各类机械零部件的制造中，都需用刀具进行加工处理。刀具材料的切削性能是决定加工效率、加工质量和加工成本的关键因素之一。WC-Co基硬质合金刀具是目前使用最多的刀具材料。但是，钨、钴为稀有资源，导致WC-Co基硬质合金材料成本较高。

     碳氮化钛材料有熔点高、强度高、耐磨性强、耐腐蚀及抗氧化等优良特性，它兼具了TiC和TiN的优点，除了非常适合高端精密加工和近净成型加工以外，它在保持TiC特点基础上，由于N的引入，TiC脆性特点得到明显改善。在随着N含量增加，其硬度降低，韧性提高。正是由于其优良的综合性能，使得碳氮化钛基陶瓷在切削领域、耐高温材料、量具、石油和化工、钟表外观等领域有了广泛的应用。

1、高温固溶法

高温固溶法是制备Ti(C，N)粉末的传统方法，通常是由一定量的TiN和TiC粉末均匀混合于1700～1800℃高温下热压固溶形成，或于Ar或N2气氛中在更高的温度下通过固溶而获得。为了抑制晶粒长大，同时提高粉末活性和烧结性能，也可以适当降低固溶温度。即使降低固溶温度，高温固溶法也存在反应温度过高、能耗大、难以获得高纯粉末、N/C比不易准确控制等缺点。

2、TiN和C粉高温氮化法

高温氮化法通常是以TiN粉末和C粉为原料，混合后在高温和N2或Ar气氛下进行长时间碳氮化处理，从而获得Ti(C，N)粉体。Frederic等用纳米尺寸的TiN粉末+10wt%的炭黑在Ar气流中于1430℃保温3h，固相合成了Ti(C，N)粉末，展现出规则形状的亚微米颗粒。同样，高温氮化法存在反应温度过高、生产效率低、能耗大、生产成本高等缺点。

3、TiO2碳热还原氮化法

碳热还原氮化法是以TiO2和C粉为原料，在N2中高温还原合成Ti(C，N)粉末的工艺，碳热还原法产物的大小及形貌可通过工艺参数控制，广泛应用于工业大规模生产。

4、溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法是采用TiO(OH)2溶胶为Ti源，在液相中将炭黑混合、分散，经过系列反应得到的凝胶在N2下高温热处理得到Ti(C，N)粉末。有研究者以TiO(OH)2溶胶与纳米级炭黑混合后形成的凝胶，经干燥后在N2气氛下1400～1600℃高温反应得到Ti(Cx，N1-x)，其中1-x=0.2～0.7，Ti(Cx，N1-x)超细粉末的平均粒径<100nm。通过提高原料C/Ti比、提高反应温度、延长保温时间、降低氮气流量等工艺有利于提高x值。

5、氨解法

氨解法通常是在常温下，将TiCl4溶入适当的溶剂中并加入添加剂，混合均匀后与NH3反应，生成Ti的胺基化合物与添加剂的均匀混合中间体，然后中间体与NH4Cl溶液混合沉淀并除去中间体中的胺，再在真空或Ar气氛下于1200～1600℃热解获得Ti(C，N)粉末。氨解法的特点是制备温度比传统制备方法（高温固溶法，1800℃）低，得到的Ti(C，N)粉末具有比表面积高、粒度小、粒度分布集中和纯度高等优点，但成本较高，工艺过程复杂。

6、高温自蔓延反应法

高温自蔓延反应法是将Ti粉、C粉均匀混合，预压成型得到压坯，然后在含N2的装置中高温“点燃”反应，从而得到块体产物，通过破碎细化可得到Ti(C，N)粉末。

7、等离子体化学气相沉积法

Ti(C，N)等离子体化学气相沉积法通常是用等离子体激活TiCl4反应气体，促进其在基体表面或近表面空间进行化学反应，生成Ti(C，N)固态膜的技术。后来为了避免TiCl4对反应容器的腐蚀和对环境造成污染，常采用无氯的含Ti有机物来取代TiCl4。这类含Ti有机物主要包括钛酸四甲脂、钛酸四乙脂、四异丙基钛、钛酸四丁脂及氨基钛等。

8、高能球磨诱导自蔓延合成法

高能球磨作为一种粉体加工方法，不仅可以均匀混合并活化粉末从而降低烧结反应温度、促进合金化，还可以在室温下诱导自蔓延反应合成纳米Ti(C，N)粉体。高能球磨诱导自蔓延合成Ti(C，N)技术集粉末混合和反应于一体，克服了传统的高温条件，可直接得到Ti(C，N)粉末。