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1、四川理工学院毕业论文纳米Cr3C2粉末的制备研究文献综述学生：廖祥学号：08031020313专业：材料科学与工程班级：金属081指导老师：金永中四川理工学院材料与化学工程学院二〇一三年三月摘要碳化铬（Cr3C2）因其具有高温强度、良好的导热率和导电率等优异性能，常用作硬质合金的晶粒细化剂、热喷涂材料及其它耐磨、耐腐蚀元件。碳化铬粉末不论是作为硬质合金晶粒长大抑制剂还是钢铁材料的晶粒细化剂，其粒径的纳米化都具有重要意义。由于Cr3C2属于碳化物，其化学键决定其粉末必须通过高温合成才能获得，这为制备纳米粉末带来了困难。这是因为在高温条件下进行粉末合成

2、时，温度越高粉末的晶粒长大趋势明显。基于“Cr2O3+C”混合还原碳化工艺制备Cr3C2粉末的现有工业技术，由于合成温度高（一般在1400-1600℃水平）难以获得纳米粉末。而其他合成方法均处在实验室研究阶段，无法实现大规模工业应用。因此，寻求一种经济、高效的纳米Cr3C2粉末合成方法指导工业生产，势在必行。本文简单介绍了国内外制备碳化铬的研究现状，目前碳化铬的制备方法主要有：碳热还原法、前驱体法、气体还原法、高能球磨法等。关键词：碳化铬；制备方法；研究现状注意：本综述全文及摘要不涉及学生的任何实验方案、实验内容、实验数据、实验结论，仅仅是对本研究

3、领域中其他学者研究的总结概述。1前言碳化铬（Cr3C2）因具有高熔点、高耐磨性、抑制晶粒长大[1]以及提高材料抗氧化性和抗腐蚀性等优越性能而广泛应用于硬质合金生产、高耐磨工件涂层及堆焊等诸多工业生产领域。例如，在WC-Co硬质合金体系中添加纳米碳化铬作为晶粒长大抑制剂，可显著细化WC晶粒度，获得超细或纳米显微组织，从而提高其力学性能。Cr3C2添加具有抑制效果的原因在于Cr3C2减缓WC颗粒在粘结相中溶解析出和再结晶长大过程[2-4]。另外，纳米碳化铬亦大量应用于抗磨耗薄膜和半导体薄膜等材料的生产。实验研究[5-7]表明，Cr3C2-Ni涂层拥有良

4、好的抗高温氧化、抗腐蚀、耐磨性能。根据霍尔-佩奇(Hall-Petch)公式()可知，材料的晶粒尺寸直接影响到材料的力学性能。对于碳化铬来说，不论是作为WC-Co硬质合金或钢铁的晶粒长大抑制剂，还是作为Cr3C2-Ni金属陶瓷涂层，细化碳化铬晶粒尺寸都有重大意义。晶粒长大抑制剂的粒度越细，比表面越大、表面活化能越高、原子迁移速度越快，材料显微组织的细化效果就越明显[8-10]。以集成电路板微型钻头为例，在国际市场上，一支钻径φ0.5mm钻头售价折合人民币约22元，而一支钻径φ0.08mm的超细钻头却要卖到650-700元，而其质量只有5.5g。早在

5、2005年，我国加工制造业中的微型钻头年消耗量就在4亿只以上。巨大的商业利益使得制备超细硬质合金成为各国竞相研究的热点。在超细硬质合金的制备过程中，晶粒长大抑制剂的添加发挥了不可替代的作用。目前碳化铬的制备方法主要有：碳热还原法、前驱体法、气体还原法、高能球磨法等。在工业生产中，主要是利用氧化铬(Cr2O3)与碳粉直接混合在高温（大约在1400～1600℃）下还原碳化，一般粒径在微米级。随着新材料研究对晶粒长大抑制剂粉末性能要求的不断提高，获取纳米碳化铬粉末的先进制备技术已经迫在眉睫。2碳化铬粉末的制备研究现状2.1碳热还原法碳热还原法是利用炭黑与

6、氧化物（Cr2O3）混合后在高温下还原碳化。其热力学机理有两种，及气-固传质与固相传质[11]。气-固传质及是C与Cr2O3反应最先反应产生CO2，CO2与C在高温下反应成产CO，然后CO还原碳化Cr2O3生成Cr3C2，其反应方程为：（1-1）（1-2）固相传质及是C直接与Cr2O3接触还原碳化生成Cr3C2，其反应方程式为：（1-3）汪兆泉，刘延政等[12]以氧化铬与炭黑为主要原料，按照比例（Cr2O3:C=990～1100：310～320）和工艺路线，生产出含碳量在12%以上，炭化率达到99%以上的碳化铬。主要工艺路线为：原料→混料→掺胶→压

7、制→碳化→破碎→筛分→包装→成品。掺胶是添加糖浆为粘结剂，使得两种粉料能够更好的混合且更有利于压制，压制成快料能让两种原料充分接触，更有利于传质反应，增大了接触面积，缩短反应时间。保温温度为：1650～1750℃，反应时间：2～4小时。筛分能够获得粒径较为单一的产品，跟据用户需求供给。以金属铬粉与石墨为主要原料，有机物为结合剂[13]。主要工艺路线为：原料→混料→压块→干燥→碳化→破碎→碳化铬粉末。其按照理论用碳量与铬粉混合并添加粘结剂，压块后先自然干燥，然后分别在110℃干燥10小时和300℃煅烧10小时，其目的在于使添加在其中的有机物完全分解挥

8、发。碳化温度也相对较高，在1450℃保温了10小时。生产出有金属光泽的块体，破碎后筛分可得到碳化铬粉末。颜练武、谢友荣[1