CN104176715B - 一种锆氮合金的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锆氮合金的制备方法，该方法是以二氧化锆与生物碳质催化剂为原料制成球状物体加入中频感应炉反应器中，通入氮气，并对中频感应炉反应器升温500℃—1100℃，还原5-7个小时制得锆氮合金，整个过程在中频感应炉反应器中完成。本发明原料易得，工艺过程稳定，可连续化生产，且环保。

Description

一种锆氮合金的制备方法

技术领域

本发明涉及一种锆氮合金的制备方法，属于特殊金属原子能工业、航空航天、石油化工等新材料领域涉及锆氮合金的制备方法。

背景技术

锆氮合金ZrN是一种难熔合金，呈金黄色，分解温度高，化学稳定性好，具有很好的耐高温、耐腐蚀、耐磨性，应用于原子能工业反应堆保护层合金材料、航天航空火箭导弹喷射口的耐高温合金材料和石油化工还原性氯化物容器耐蚀材料。

一、1985.9.21日本专利（JP）昭60—186407三田村孝在氮化锆微粉末制造法中披露：二氧化锆粉末加金属镁通入氮气，在500℃—1200℃高温加热得到氮化锆、三氮化二镁、氧化镁，再经盐酸、硫酸、硝酸分离得到氮化锆。

二、1986.9.15日本专利（JP）昭61—97112中村美幸在氮化锆制造方法中披露：将金属锆250um以下粉末纯度99%装入石英质试验炉通入氮气（浓度99.9%）升温800℃—1350℃，3小时得到氮化锆。

三、中国专利（申请号：200310108978）高濂在一种立方相纳米氮化锆粉体的还原氮化制备方法中披露：以纳米级氧化锆为前驱体，以镁粉作还原剂，研磨均匀后置于流动的氮气中，1000℃下氮化6小时，再用稀硝酸和无水乙醇洗涤，烘干而得。

四、中国专利：CN102001634B，王明秋在氮化锆粉末的生产方法中披露：将海绵锆粉碎成粒度小于3mm的颗粒，置入真空炉内，抽真空升温700℃—900℃，5—10小时，压力80—100Kpa，预氮反应4小时，然后粉碎小于0.075mm，再次装入真空炉，真空度90—110Kpa,3—6个小时升温1000—1400℃，得氮化锆烧结块然后粉碎。

五、中国专利（申请号：200810050302）姚斌在一种立方相纳米氮化锆的球磨制备方法中披露：以氮化锂和四氯化锆为原料，利用高能球磨技术完成氮化锂和四氯化锆化学反应，制备出立方结构氮化锆，用无水乙醇，稀盐酸和无离子水洗涤除去氯化锂和的氮化锂得到氮化锆。

以上五种专利所述制备方法，只是小规模的实验室产品，不具备工业化生产，也没有适用大规模和连续化生产氮化锆的工艺技术。而且生产步骤多，需耐高压设备，还有环保三废问题。

发明内容

本发明需要解决技术问题是提供一种锆氮合金的制备方法，该发明原料易得，工艺过程稳定，可连续化生产，且环保。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种锆氮合金的制备方法，其特征在于：以二氧化锆和生物碳质催化剂作为原料，以氮气作为反应介质，其制备工艺步骤如下：

步骤1、将所述的二氧化锆过80目-100目的筛子后与生物碳质催化剂混合均匀后经高强压球机制成球状后置入密封的中频感应炉反应器；

步骤2、对中频感应炉反应器中的加温区升温到500℃，高温区升温到1100℃；

步骤3、将氮气与步骤1中的二氧化锆与生物碳质催化剂混合球状物料反向通入中频感应炉反应器内，氮气迅速与球状物料发生氮化反应，还原出来的一氧化碳和二氧化碳气体排入焚烧炉内焚烧，在反应的同时，由于气体受热后迅速膨胀，中频感应炉反应器内产生气压，并将该气压控制在0.10-0.30Mpa之间；

步骤4、当二氧化锆与生物碳质催化剂混合球状物料以中频感应炉反应器顶端移动到尾端时，球状物料在中频感应炉内停留5-7个小时后通过氮气与球状物料的反向通入，使球状物料缓慢移动到冷却区进行冷却后得到锆氮合金产品。

所述的二氧化锆为粉末状。

经研究，所述的二氧化锆为80-120目，ZrO₂含量≥99%-99.50%，生物碳质催化剂为280-350目,C含量≥99%是最有利于锆氮合金的合成。

经分析所制得锆氮合金形状为球状，其氮含量在12%-14%之间，除锆元素外，其他元素成份含量少于0.5%，余下的全为锆元素含量。

本发明的有益效果是：

1、生产的锆氮合金中氮含量可达到12%—14%之间，是目前全球工艺技术上最高的，远远高于现有其它生产工艺的氮含量；

2、生产的锆氮合金，除锆、氮外所有其他成份加起来总含量少于1.0%，其它杂质很低，如Si02<0.05%,Fe203<0.02%，Al203<0.04%，Ca0<0.03%，Ti02<0.61%，C<0.41%,O<0.39%，其它工艺是无法相比的；

3、本工艺以二氧化锆和生物碳质催化剂作为原料，氮气作为介质在密封的中频感应炉反应器中完成，整个生产过程：成本低、耗能低、工艺简单、流程短、安全性高、自动化程度高、热效率高、工艺稳定、质量稳定、无三废（绿色环保产业）、收率高、经济效益好，适合规模化生产。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

一种锆氮合金的制备方法，以二氧化锆和生物碳质催化剂作为原料，以氮气作为反应介质，其制备工艺步骤如下：

实施例1

①、选取20KG，（100目，ZrO2纯度99.61%）的二氧化锆,过80目筛子后与6KG的生物碳质催化剂（300目，C含量≥99.11%）混合均匀后制球，放入中频感应炉反应器中；

②、对中频感应炉反应器中的加温区升温到500℃，高温区升温到1100℃；

③、将氮气与①中的二氧化锆与生物碳质催化剂混合球状物料反向通入中频感应炉反应器内，氮气迅速与球状物料发生氮化反应，还原出来的一氧化碳和二氧化碳气体排入焚烧炉内焚烧，在反应的同时，由于气体受热后迅速膨胀，中频感应炉反应器内产生气压，并将该气压控制在0.15-0.25Mpa之间；

④、当二氧化锆与生物碳质催化剂混合球状物料以中频感应炉反应器顶端移动到尾端时，球状物料在中频感应炉内停留6个小时后通过氮气与球状物料的反向通入，并控制氮气的绝对压力在0.20Pma，流速在15m³/h，使球状物料缓慢移动到冷却区进行100℃以下冷却后得到15.91KG的锆氮合金产品。

所得产品经分析后，得到的锆氮合金其中元素含量如下表：

元素	Zr	N	SIO2	CaO	Al2O3	Fe2O3	TiO2	C	O
										含量（%）	85.34	13.61	0.05	0.03	0.04	0.02	0.01	0.41	0.39

实施例2

选取20KG，（100目，ZrO2纯度99.61%）的二氧化锆,过100目筛子后与5KG的生物碳质催化剂（300目，C含量≥99.11%）混合均匀后制球，放入中频感应炉反应器中，在氮气25m³/h气氛下通过最高温区，温度为1100℃，连续走料5小时后得到15.50KG的锆氮合金产品。

所得产品经分析后，得到的锆氮合金其中元素含量如下表：

元素	Zr	N	C	O
					含量（%）	85.12	13.10	0.11	1.47

实施例3

选取20KG，（100目，ZrO2纯度99.61%）的二氧化锆,过100目筛子后与7KG的生物碳质催化剂（300目，C含量≥99.11%）混合均匀后制球，放入中频感应炉反应器中，在氮气25m³/h气氛下通过最高温区，温度为1000℃，连续走料7小时后得到16KG的锆氮合金产品。

所得产品经分析后，得到的锆氮合金其中元素含量如下表：

元素	Zr	N	C	O
					含量（%）	85.01	13.01	1．46	0．37

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种锆氮合金的制备方法，其特征在于：以二氧化锆和生物碳质催化剂作为原料，以氮气作为反应介质，其制备工艺步骤如下：

a、将所述的二氧化锆过80目-100目的筛子后与生物碳质催化剂混合均匀后经高强压球机制成球状后置入密封的中频感应炉反应器；

b、对中频感应炉反应器中的加温区升温到500℃，高温区升温到1100℃；

c、将氮气与步骤a中的二氧化锆与生物碳质催化剂混合球状物料反向通入中频感应炉反应器内，氮气迅速与球状物料发生氮化反应，还原出来的一氧化碳和二氧化碳气体排入焚烧炉内焚烧，在反应的同时，由于气体受热后迅速膨胀，中频感应炉反应器内产生气压，并将该气压控制在0.10-0.30Mpa之间；

d、当二氧化锆与生物碳质催化剂混合球状物料以中频感应炉反应器顶端移动到尾端时，球状物料在中频感应炉内停留5-7个小时后通过氮气与球状物料的反向通入，使球状物料缓慢移动到冷却区进行冷却后得到锆氮合金产品。

2.根据权利要求1所述一种锆氮合金的制备方法，其特征在于：所述的二氧化锆为粉末状。

3.根据权利要求1所述一种锆氮合金的制备方法，其特征在于：所述的二氧化锆为80-120目，ZrO₂含量≥99%-99.50%，生物碳质催化剂为280-350目,C含量≥99%。

4.根据权利要求1所述一种锆氮合金的制备方法，其特征在于：所制得锆氮合金形状为球状，其氮含量在12%-14%之间，除锆元素外，其他元素成份含量少于0.5%，余下的全为锆元素含量。