7440-32-6 / 高純鈦粉的制備方法

純鈦一般是指純度(質量分數)大于99%的鈦材料，其中高純鈦純度可以達到4N級(99.99 % )，甚至更高。作為鈦系列產品中的一員，高純鈦除具有密度低、熔點高、抗腐蝕性強等性質外，還具有強度低、塑性好(延伸率可達50 %?60 %，斷面收縮率可達70 %?80 % )等特點。近年來，隨著航空航天、電子信息等高科技產業的快速發展，高純鈦的用量也越來越多，采用適當的方法制造高品質、低成本的高純鈦，關系到這些行業的發展。

高純鈦在半導體超大規模集成電路中以鈦硅化合物(TiSix),氮化鈦(TiN)、鎢鈦(W-Ti)等形式用做控制電極，擴散阻擋層，配線等材料。而高質量的高純鈦粉則用于制造凈成形鈦粉末冶金致密件和多孔件，如利用鈦和鈦合金良好的耐蝕性及高的比強度，用于制造飛機汽車發動機構件和石油化工等工業部門的耐磨耐蝕部件。在科學技術和工業應用高速發展的今天，加大對高純鈦及其粉末制備技術的研究是尤為緊迫和必要的。

制備方法

目前制備高純鈦粉的最常用方法是采用克勞爾法生產的海綿鈦作為原料，以氫化脫氫為制備方法。然而，傳統克勞爾法制得的海綿鈦原料成分中不可避免的存在鎂、鐵雜質與一定成分的氧。海綿鈦雜質含量及氧含量偏高，且海綿鈦氫化過程的高溫過程(500°C)易發生氧化，以上導致這種無法制備高純低氧鈦粉(>99.9%，3N)，成為長期困擾粉末冶金鈦行業發展的技術瓶頸。同時所用TiCl4原料存在毒性和爆炸危險也是該傳統工藝的缺陷。

而未經處理的鈦材原料氫化溫度相對偏高，這也促進了高溫下殘氧與原料鈦材的反應，這不利于保持所得氫化鈦的低氧含量。在原料預處理方面，對固體材料采用大塑性變形法加工可以使其轉化為超細晶材料，而高壓扭轉技術正式這樣一種近年來被廣泛應用的技術。高壓扭轉的基本過程為在室溫或低于0.41?溫度的條件下，模具內的盤狀試樣被施以幾個GPa的壓力，同時下模轉動通過主動摩擦在其橫截面上施加一扭矩，促使變形體產生軸向壓縮和切向剪切變形，使材料產生較大的剪切塑性變形，改善材料內、部組織，獲得亞微米級甚至納米級塊體材料。

如果將高壓扭轉加工鈦材，可大大增加鈦材位錯密度、內應力和晶界數量，獲得納米晶鈦材，以達到活化原料的目的，有助于降低氫化溫度，并使反應充分進行。后續步驟中氫化-脫氫制備高純鈦粉的原理為:氫氣氣氛中加熱熔鹽電解鈦原料使其充分吸氫后脆化，隨后進行破碎，并在高溫真空環境中進行還原，最后進一步破碎至所需粒度。氫化-脫氫技術被認為是獲得高純鈦粉的普遍有效技術手段。所得鈦粉純度高組分均勻、純度高、粒度細小、工藝性能優良。

以高純熔鹽電解鈦為原料，應用上述高壓扭轉法結合氫化脫氫工藝制備超細高純鈦粉的方法，目前還未見報道。

一種高純鈦粉的制備方法，包括以下步驟:

(I)原料電解鈦高壓扭轉超細晶化處理:I)選取高純度熔鹽電解鈦為原料，在室溫或低于0.4Tm溫度的條件下，模具內的盤狀試樣被施以幾個GPa的壓力P，同時下模轉動通過主動摩擦在其橫截面上施加一扭矩，促使變形體產生軸向壓縮和切向剪切變形。

(2)超細晶鈦材氫化處理:原料鈦材進行高壓扭轉之后，置于真空爐內，將真空爐抽真空后通入氬氣，以氬氣作為保護氣體對爐體洗氣三次以排除殘氧。加熱爐體，對原料進行預熱活化。在各個溫度下進行加熱并保溫，以達到活化原料的目的。保溫分為低中高三個區間。原料充分活化后，最后降溫至氫化溫度，向爐內通入氫氣，保持氣氛條件微正壓。待原料吸收氫氣，爐壓降低至大氣壓以下，再次補充氫氣。當通入氫氣一段時間后，爐壓不再明顯下降，則原料鈦吸氫基本完成；

(3)氫化鈦冷卻后取出進行球磨細化。采用行星式球磨機將氫化鈦置于氬氣保護氣氛中球磨至所需的粒度，取出后的氫化鈦粉再置于真空爐中脫氫。脫氫一定時間后，得到的鈦最后進行進一步研磨破碎，即得到產品超細高純鈦粉。