一种基于深共熔溶剂的碳化钽制备方法与流程

本发明涉及碳化钽，具体涉及一种基于深共熔溶剂的碳化钽制备方法。

背景技术：

1、碳化钽是一种典型的过渡金属碳化物，属面心立方晶系（nacl型结构），外观为黄褐色至深棕色粉末。其熔点高达3880℃，具有超高硬度（莫氏硬度9-10，维氏硬度约2100hv0.05）、优异的化学稳定性、良好的导电导热能力及抗热震性能。因而，碳化钽广泛用于航空航天超高温涂层、硬质合金刀具、半导体扩散阻挡层、超高温结构陶瓷。然而，由于碳化钽延展性差、易碎、加工成本高昂等因素，其广泛应用仍受到制约。

2、目前，碳化钽的制备方法主要有碳热还原法、化合法、高温熔盐法、化学气相沉积法和溶胶-凝胶法等。其中，碳热还原法是最传统的主流工艺，将钽的氧化物（如ta2o5）与碳（炭黑、石墨等）在高温下混合后进行碳化反应。然而，该方法存在诸多缺陷：反应温度极高（通常1500-2200℃）、能耗巨大、反应速率慢；固相混合均匀度差，氧化钽粉体和炭黑或石墨粉体混合不均匀，易导致ta2c杂相生成或游离碳残留；产物粉体易团聚、粒径粗大。化合法（固相法）是一种常见的固相制备工艺，在一定条件下钽和碳直接发生化学反应生成碳化钽。该方法同样面临反应温度高、产物粒径难以控制的问题。高温熔盐法以熔盐（如nacl-naf）为反应介质，可降低一定反应温度。但该方法存在熔盐残留问题，产物中残留的卤化物需经复杂提纯工序去除；且反应过程中熔盐可能参与生成中间产物（如natao3），增加反应路径的复杂性。化学气相沉积法（cvd）通过气态前驱体在基体表面反应沉积tac涂层。该方法适用于薄膜和涂层制备，但难以实现粉体的大批量生产；设备投资大、工艺复杂、生产成本高。溶胶-凝胶法将有机钽或钽无机盐作为前驱体，与溶剂发生反应形成溶胶后经凝胶、干燥与烧结后获得碳化钽。然而，该方法存在周期长、需要加入其它助剂，在后续煅烧会影响碳化钽的质量。

3、因此，开发一种能够同时实现低温碳化、分子级均匀混合、短流程高效制备和高纯纳米级产物的新型碳化钽制备方法，已成为本领域亟需突破的方向。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，克服现有糖类凝胶、固相碳热还原工艺混合不均、反应温度高、杂质多、周期长、粉体粒径偏大的缺陷，实现钽源分子级均匀分散、低温碳化制备晶粒细小、纯度高的碳化钽。

2、为达到上述技术目的，本发明提供了一种基于深共熔溶剂的碳化钽制备方法，包括，

3、将钽盐溶解在深共熔溶剂中，得到前驱液；

4、将前驱液进行第一热处理得到复合凝胶；

5、将复合凝胶进行第二热处理得到碳化钽。

6、进一步地，所述前驱液中钽盐的质量浓度为12%-18%。

7、进一步地，所述深共熔溶剂由氢键受体与氢键供体按摩尔比1.8-2.2:1组成。

8、进一步地，所述氢键受体包括氯化胆碱、溴化胆碱、碘化胆碱、n苄基2羟基n,n二甲基乙醇氯化铵、n乙基2羟基n,n二甲基乙醇氯化铵中的至少一种；

9、所述氢键供体包括葡萄糖、乙二醇、对甲苯磺酸、甲酸、乙酸、草酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、甘油、柠檬酸中的至少一种。

10、进一步地，所述溶解在温度80-100℃下进行。

11、进一步地，所述第一热处理在保护气氛围下，在温度250-350℃下持续1.5-2.5h。

12、进一步地，所述第二热处理在保护气氛围下，以3-8℃/min的升温速率至1200-1300℃保温1-2h。

13、进一步地，所述钽盐为卤化钽盐。

14、进一步地，将钽盐溶解在深共熔溶剂时，控制环境中的水氧含量<1ppm。

15、本发明还提供了一种碳化钽，采用上述的制备方法得到。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

17、本发明提供的基于深共熔溶剂的碳化钽制备方法，以深共熔溶剂体系作为碳源且能良好地将钽盐进行溶解，钽盐的溶解使得钽和碳在分子尺度的均匀分布，所得复合凝胶在后续还原反应更加充分，制备的碳化钽中无ta2c、残余ta2o5杂相；同时本发明无需加入额外的有机试剂，降低了杂质源引入，提高了碳化钽产物的纯度。

18、上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

1.一种基于深共熔溶剂的碳化钽制备方法，其特征在于，包括，

2.根据权利要求1所述的基于深共熔溶剂的碳化钽制备方法，其特征在于，所述前驱液中钽盐的质量浓度为12%-18%。

3.根据权利要求1所述的基于深共熔溶剂的碳化钽制备方法，其特征在于，所述深共熔溶剂由氢键受体与氢键供体按摩尔比1.8-2.2:1组成。

4.根据权利要求3所述的基于深共熔溶剂的碳化钽制备方法，其特征在于，所述氢键受体包括氯化胆碱、溴化胆碱、碘化胆碱、n苄基2羟基n,n二甲基乙醇氯化铵、n乙基2羟基n,n二甲基乙醇氯化铵中的至少一种；

5.根据权利要求1所述的基于深共熔溶剂的碳化钽制备方法，其特征在于，所述溶解在温度80-100℃下进行。

6.根据权利要求1所述的基于深共熔溶剂的碳化钽制备方法，其特征在于，所述第一热处理在保护气氛围下，在温度250-350℃下持续1.5-2.5h。

7.根据权利要求1所述的基于深共熔溶剂的碳化钽制备方法，其特征在于，所述第二热处理在保护气氛围下，以3-8℃/min的升温速率至1200-1300℃保温1-2h。

8.根据权利要求1所述的基于深共熔溶剂的碳化钽制备方法，其特征在于，所述钽盐为卤化钽盐。

9.根据权利要求1-8任一项所述的基于深共熔溶剂的碳化钽制备方法，其特征在于，将钽盐溶解在深共熔溶剂时，控制环境中的水氧含量<1ppm。

10.一种碳化钽，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的制备方法得到。