开放体系下碳热还原氮化法制备Cr_(2)(C,N)粉末

开放体系下,采用碳热还原氮化法,以Cr_(2)O_(3)和炭黑为原料,制备了单相Cr2(C,N)粉末。通过TG-DSC、XRD和SEM等测试手段,研究了合成温度、保温时间、氮气流量等工艺参数对制备Cr2(C,N)的影响规律。结果表明,随着合成温度升高,物相演变遵循:Cr_(2)O_(3)→(Cr_(3)O_(3)、Cr_(3)C_(2)和Cr_(6.2)C_(3.5)N_(0.3))→Cr_(2)(C,N)的规律,当合成温度超过1100℃,可获得单相Cr_(2)(C,N);合成温度为1200℃、保温时间为2 h、氮气流量为2.5 L/min时,Cr_(2)(C,N)粉的物相组成、粒径尺寸和氮含量等综合性能最优,制备条件最佳;适当提高合成温度、延长保温时间、增大氮气流量有助于Cr_(2)(C,N)中氮含量的提高。

C/N比对Cr_(2)(C,N)晶体结构的影响研究

基于第一性原理计算,研究了不同C/N比Cr_(2)(C,N)的晶格常数、形成能等的变化规律,结果表明,随着C/N比的增大,属正交结构的Pbcn型Cr_(2)(C,N)的晶格常数a不断减小、c不断增大,与之相反,属三方晶系的P-31m型Cr_(2)(C,N)的晶格常数a则不断增大,c不断减小;Cr_(2)(C,N)发生晶体结构转变的临界点约为C/N比1/5,低于这一比值时P-31m型Cr_(2)(C,N)更稳定,高于这一比值时Pbcn型Cr_(2)(C,N)更稳定。通过碳热还原氮化法合成了不同C/N比的Cr_(2)(C,N),其晶体结构转变的C/N比临界点与理论计算结果吻合。