專利名稱：：氫化鈦粉末的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及制造氫化鈦粉末的方法。更具體來說，本發(fā)明涉及這樣一種制造氫化鈦粉末的方法，將加工過程中產(chǎn)生的鈦或鈦合金廢料用作原材料，并且進(jìn)行球磨研磨，使鈦或鈦合金廢料氫化并同時(shí)將這些鈦或鈦合金廢料變成粉末。因此，能夠顯著降低制造成本并提高生產(chǎn)率。
背景技術(shù)：
：鈦是一種輕而結(jié)實(shí)的材料。并且鈦已經(jīng)被廣泛用作飛行器機(jī)體的材料、耐磨材料、高強(qiáng)度合金材料、工具材料、功能陶瓷材料、耐熱材料、表面涂覆材料以及催化劑材料。因此，鈦加工之后產(chǎn)生的廢料量，具體來說，車床加工過程中產(chǎn)生的車削碎片量已經(jīng)顯著增加。然而，目前來講，車削碎片僅在鈦熔煉工藝中被循環(huán)利用。同時(shí)，氫化鈦，具體來說，TiH2粉末用作經(jīng)過脫氫來制造鈦金屬粉末的中間產(chǎn)品。隨著近年來對(duì)鈦的需求的增加，對(duì)TiH2粉末的需要也顯著增加。以下制造粉末的方法己經(jīng)在韓國專利公報(bào)No.1999-0044580中被公開為一種制造氫化鈦粉末的方法。在這種制造粉末的方法中，在對(duì)經(jīng)克勞爾法(Krollprocess)制造的海綿鈦塊狀體(massivebody)進(jìn)行氫化時(shí)，將海綿鈦塊狀體充入真空爐從而不被氧污染。所述塊狀體在真空爐中100(TC或更低的溫度下被加熱，然后在氫氣環(huán)境中被氫化，由此獲得氫重量含量為3.5%到4.5%的氫化鈦塊狀體。之后，對(duì)氫化鈦塊狀體進(jìn)行研磨和分粒(classify)來制造粉末。
發(fā)明內(nèi)容然而，執(zhí)行上述方法需要高溫真空反應(yīng)器，并且在上述方法中需要執(zhí)行用于加熱反應(yīng)容器的工藝和用于研磨氫化塊狀體的工藝。因此，上述方法的工藝是復(fù)雜的，需要較長(zhǎng)時(shí)間來制造粉末，并且工作期間的危險(xiǎn)度較高。因此，存在由于較高的裝備成本而造成生產(chǎn)率降低和制造成本增加的諸多問題。此外，《韓國工業(yè)與工程化學(xué)》期刊(1994年第2號(hào)第5巻)中發(fā)表的"AStudyontheSynthesisofTitaniumHydridebySHS(Self-propagatingHigh-temperatureSynthesis)MethodandthePreparationofTitaniumPowder"公開了以下方法，與常規(guī)方法相比較，這種方法進(jìn)一步減少了制造成本。在該方法中，海綿鈦被充入化學(xué)反應(yīng)器中，并且向該化學(xué)反應(yīng)器中供應(yīng)氫氣。然后，通過處于反應(yīng)物的一個(gè)位置處的發(fā)熱體產(chǎn)生反應(yīng)，并通過處于反應(yīng)物的其他位置處的自發(fā)反應(yīng)而對(duì)海綿鈦進(jìn)行氫化。之后，通過研磨工藝獲得氫化鈦粉末。然而，執(zhí)行該方法仍然需要高溫化學(xué)反應(yīng)器，并且在該方法中，應(yīng)當(dāng)在對(duì)海綿鈦進(jìn)行氫化之后執(zhí)行用于研磨海綿鈦的處理，以獲得氫化鈦粉末。因此，該方法的工藝是復(fù)雜的，并且該方法在降低制造成本方面是有限的。提出本發(fā)明是為了解決上述問題，因此本發(fā)明的目的是提供一種制造氫化鈦粉末的方法，該方法能夠通過將加工過程中產(chǎn)生的鈦廢料用作原材料來制造氫化鈦。此外，根據(jù)這種制造氫化鈦粉末的方法，因?yàn)殁亸U料在較短時(shí)間內(nèi)被氫化并同時(shí)變成粉末，所以能夠減少工藝數(shù)量和制造成本并提高生產(chǎn)率。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種制造氫化鈦粉末的方法包括以下步驟將含鈦廢料充入反應(yīng)容器中；去除該反應(yīng)容器中的空氣并向該反應(yīng)容器供應(yīng)氫氣；以及執(zhí)行球磨研磨。根據(jù)本發(fā)明的該方面，含鈦廢料，即鈦或鈦合金廢料(后文中稱為"鈦廢料")可以用作原材料，并且可以在氫環(huán)境中對(duì)該廢料執(zhí)行球磨研磨。如果執(zhí)行了球磨研磨，則通過該容器中移動(dòng)的球向鈦廢料施加了較強(qiáng)的機(jī)械能。這種機(jī)械能導(dǎo)致含鈦廢料的鈦成分與環(huán)境中存在的氫(H2)之間的鈦氫反應(yīng)，該鈦氫反應(yīng)由下面的公式l來表示。4[公式1]Ti+H2—TiH2(AH0=-34.5kcal/mol)同時(shí)，上述反應(yīng)是產(chǎn)生相當(dāng)大的熱量的放熱反應(yīng)。因此，當(dāng)該反應(yīng)執(zhí)行到某一程度時(shí)，由于自身反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)熱量所導(dǎo)致的燃燒波，該反應(yīng)被執(zhí)行。因此，在不從外部提供能量的情況下，該反應(yīng)可以以很高的速度進(jìn)行。此外，因?yàn)樯鲜龇磻?yīng)是通過球磨研磨所產(chǎn)生的機(jī)械能而引起的，所以能夠同時(shí)對(duì)廢料進(jìn)行氫化并將廢料變成粉末。結(jié)果，不需要執(zhí)行對(duì)氫化物進(jìn)行研磨的單獨(dú)工藝，從而提高了生產(chǎn)率。此外，因?yàn)椴皇鞘褂冒嘿F的鈦粉末或海綿鈦，而是使用鈦廢料作為原材料，所以制造成本顯著降低，并且有助于循環(huán)利用鈦廢料。此外，上述方法還可以包括以下步驟在執(zhí)行所述球磨研磨之后，將氫化鈦粉末維持預(yù)定時(shí)間。當(dāng)通過球磨研磨將廢料充分變成粉末時(shí)，由于自身反應(yīng)的熱量而執(zhí)行氫化。因此，不需要向廢料額外施加機(jī)械能。因此，優(yōu)選地最小化球磨研磨時(shí)間并將廢料維持預(yù)定時(shí)間。鈦廢料的例子可以包括碎片，例如加工鈦過程中產(chǎn)生的車削碎片、碎片以及粉末。在這種情況下，"車削碎片"是指由于車床加工而產(chǎn)生并且彎曲成細(xì)條形的副產(chǎn)品。"碎片"是指由于加工而產(chǎn)生并且為片狀的副產(chǎn)品。"粉末"是指由于加工而產(chǎn)生并且為碎屑狀的副產(chǎn)品。此外，優(yōu)選的是，氫氣的壓力在l至UOObar(巴)的范圍內(nèi)。原因如下如果氫氣的壓力低于1bar,則氫化反應(yīng)不會(huì)很好地執(zhí)行。即使氫氣的壓力增加到lOObar或更大，反應(yīng)速度也很難增加，而設(shè)備成本會(huì)增加。因此，這是不經(jīng)濟(jì)的。并且更優(yōu)選的是，氫氣的壓力在3到20bar的范圍內(nèi)。此外，可以在室溫下以50rpm(轉(zhuǎn)/分)或更大轉(zhuǎn)速來執(zhí)行球磨研磨。因?yàn)樵诟鶕?jù)本發(fā)明此方面的制造氫化鈦的方法中，即使在室溫下也能獲得足夠高的反應(yīng)速度，所以不需要使用單獨(dú)的高溫反應(yīng)容器來加熱廢料。如果在低于50rpm的情況下執(zhí)行球磨研磨，則施加到粉末上的機(jī)械能的量不足以引起自放熱反應(yīng)。因此，優(yōu)選地以50rpm或更大轉(zhuǎn)速來執(zhí)行球磨研磨。此外，球磨研磨可以執(zhí)行60秒到1小時(shí)。充分執(zhí)行鈦氫反應(yīng)所需的球磨研磨時(shí)間取決于球磨研磨的轉(zhuǎn)速、溫度或氫壓。然而，如果球磨研磨執(zhí)行的時(shí)間短于60秒，則很難充分進(jìn)行粉末化和引起自身氫化反應(yīng)。如果球磨研磨執(zhí)行1小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間，則不經(jīng)濟(jì)。而更優(yōu)選的是，球磨研磨執(zhí)行300秒到30分鐘。如上所述，在根據(jù)本發(fā)明此方面的制造氫化鈦的方法中，能夠在較短時(shí)間內(nèi)從鈦廢料中直接產(chǎn)生氫化物，而無需在高溫化學(xué)反應(yīng)器執(zhí)行氫化工藝。因此，有助于循環(huán)利用鈦廢料，并且能夠顯著降低能量成本和設(shè)備成本。結(jié)果，制造成本顯著降低。此外，在根據(jù)本發(fā)明此方面的制造氫化鈦的方法中，能夠在幾分鐘到幾十分鐘內(nèi)制造出氫化鈦。因此，生產(chǎn)率得到了顯著提高。圖1是例示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的制造氫化鈦粉末的方法的示意圖。圖2是示出當(dāng)通過根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的方法來制造TiH2粉末時(shí)研磨時(shí)間與吸收的氫量之間關(guān)系的圖。圖3是示出通過根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的方法制造出的TiH2粉末的X射線衍射分析結(jié)果的圖。圖4是示出通過根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的方法制造出的TiH2粉末的DTA分析結(jié)果的圖。具體實(shí)施例方式圖1是例示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的制造氫化鈦粉末的方法的示意圖。圖2是示出當(dāng)通過根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的方法制造TiH2粉末時(shí)研磨時(shí)間與吸收的氫量之間關(guān)系的圖。圖3是示出通過根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的方法制造出的TiH2粉末的X射線衍射分析結(jié)果的圖。圖4是示出通過根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的方法制造出的TiH2粉末的DTA分析結(jié)果的圖。如圖1中所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的制造氫化鈦的方法包括將鈦車削碎片和球充入容器中、將空氣排出該容器以形成容器真空、向該容器施加氫壓，以及執(zhí)行球磨研磨。本發(fā)明的實(shí)施方式中使用了球磨機(jī)，要使用的球的直徑為9.53mm，并且球的表觀充入量(apparentamountofcharged)為50%。對(duì)應(yīng)于CP1級(jí)的鈦碎片(鈦重量含量為99°/。或更大)被用作鈦車削碎片。在將球和鈦車削碎片充入容器中之后，通過旋轉(zhuǎn)真空泵將空氣從容器中排出，使得容器中的壓力變?yōu)?0—2托。然后，向容器供應(yīng)氫氣，使得容器中的氫壓變?yōu)?bar。在將氫氣供應(yīng)給容器之后，分別以320rpm執(zhí)行球磨研磨300秒和570秒，從而使車削碎片被氫化并變?yōu)榉勰４送?，在?zhí)行了球磨研磨之后，將產(chǎn)生的粉末維持2小時(shí)，使得氫化反應(yīng)充分執(zhí)行。球磨研磨時(shí)間在表1中示出。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>此外，通過下面的公式2來獲得相對(duì)于研磨時(shí)間的吸收氫量，公式2表示了一個(gè)鈦原子中吸收的氫原子的數(shù)量與容器中氫氣的壓力之間的關(guān)系。[公式2〗H一2,一4.274xlO，zlP77w其中，V:系統(tǒng)的容積AP:系統(tǒng)的壓力變化R:氣體的標(biāo)準(zhǔn)體積m:Ti廢料的質(zhì)量此外，通過X射線衍射分析將通過球磨研磨而獲得的氫化鈦粉末的晶體結(jié)構(gòu)與商用氫化鈦的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較。此外，執(zhí)行DTA分析來獲得脫氫溫度。當(dāng)以320rpm執(zhí)行球磨研磨時(shí)，能夠通過圖2來理解以下內(nèi)容。艮卩，當(dāng)開始球磨研磨之后經(jīng)過了大約50秒時(shí)，由于部分氫化反應(yīng)，環(huán)境中的氫幵始被吸收。當(dāng)開始球磨研磨之后經(jīng)過了大約300秒時(shí)，由于自身反應(yīng)的熱量，氫化活躍地執(zhí)行。當(dāng)開始球磨研磨之后經(jīng)過了大約600秒時(shí)，即使執(zhí)行球磨研磨也不會(huì)促進(jìn)氫化。可以氫化通過執(zhí)行研磨300秒(開始自身反應(yīng)的時(shí)間)而獲得的STC樣本和通過在自身反應(yīng)之后再執(zhí)行研磨270秒而獲得的270C樣本。然而，考慮到容器中殘留的氫氣所造成的意外事故和產(chǎn)生的氫化物的穩(wěn)定性，氫化粉末被維持2小時(shí)。作為通過根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的方法制造出的粉末的X射線衍射分析的結(jié)果，可以通過圖3理解以下內(nèi)容。通過根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的方法制造出的STC粉末和270C粉末具有與商用TiH2粉末相同的衍射峰。即，可以理解，通過執(zhí)行約球磨研磨5到IO分鐘，鈦車削碎片完全變成了TiH2粉末。此外，作為對(duì)通過根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的方法制造出的TiH2粉末和商用TiH2粉末執(zhí)行的DTA分析的結(jié)果，可以通過圖4理解，商用TiH2粉末在約625。C的溫度下脫氫。并且，通過執(zhí)行研磨300秒而獲得的TiH2粉末(STC樣本)具有與商用粉末類似的DAT分析結(jié)果。然而，在通過執(zhí)行研磨約600秒而獲得TiH2粉末(270C樣本)的情況下，發(fā)生了兩個(gè)脫氫反應(yīng)。第一個(gè)脫氫反應(yīng)發(fā)生在約500'C的溫度處，而第二個(gè)脫氫反應(yīng)發(fā)生在約55(TC的溫度處。此現(xiàn)象的原因被假設(shè)如下隨著研磨時(shí)間增加，氫化粉末中形成了許多缺陷。因?yàn)槊摎涞哪芰縿?shì)壘由于這些缺陷而降低，所以脫氫被劃分成兩個(gè)反應(yīng)，包括用于形成亞穩(wěn)相的反應(yīng)和用于將亞穩(wěn)相變成穩(wěn)定相的反應(yīng)。8權(quán)利要求1、一種制造氫化鈦粉末的方法，該方法包括以下步驟將含鈦廢料充入反應(yīng)容器中；去除該反應(yīng)容器中的空氣并向該反應(yīng)容器供應(yīng)氫氣；以及執(zhí)行球磨研磨。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法還包括以下步驟在執(zhí)行球磨研磨步驟之后，將所述氫化鈦粉末維持預(yù)定時(shí)間。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述廢料是車削碎片、碎片和粉末中的一種。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述氫氣的壓力在1到100bar的范圍內(nèi)。5、根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述氫氣的壓力在3到20bar的范圍內(nèi)。6、根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中以50rpm或更大轉(zhuǎn)速來執(zhí)行所述球磨研磨。7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述球磨研磨被執(zhí)行60秒到1小時(shí)。8、根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述球磨研磨被執(zhí)行300秒到30分鐘。全文摘要本發(fā)明的目的是提供這樣一種制造氫化鈦粉末的方法，該方法能夠通過將加工過程中產(chǎn)生的鈦廢料用作原材料來制造氫化鈦。此外，根據(jù)這種制造氫化鈦粉末的方法，因?yàn)殁亸U料在較短時(shí)間內(nèi)被氫化并同時(shí)變成粉末，所以能夠減少工藝數(shù)量和制造成本并提高生產(chǎn)率。為了實(shí)現(xiàn)此目的，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，一種制造氫化鈦粉末的方法包括以下步驟將鈦廢料充入反應(yīng)容器中；去除該反應(yīng)容器中的空氣并向該反應(yīng)容器供應(yīng)氫氣；以及執(zhí)行球磨研磨。文檔編號(hào)C01G23/00GK101511735SQ200780033193公開日2009年8月19日申請(qǐng)日期2007年9月5日優(yōu)先權(quán)日2006年9月7日發(fā)明者張鎮(zhèn)萬,樸商龍,李元植,高世炫申請(qǐng)人:韓國生產(chǎn)技術(shù)研究院