Ti(C, N)晶须碳热还原合成：相转变与生长机制探索

"碳热还原合成Ti(C, N)晶须的相转变行为及生长机理 (2007年)" 这篇论文深入探讨了利用碳热还原法合成Ti(C, N)晶须的过程，重点关注了相转变行为和生长机理。在这一过程中，研究人员选取TiO2和碳黑作为基础原料，添加NaCl作为卤化剂，同时引入NiCl2作为促进晶须生长的催化剂。实验在氮气氛围下进行，通过调整反应温度来控制合成效果。 在1200℃的温度下，主要观察到TiO2与碳黑以及氮气之间的直接还原反应，生成了TiN。这种反应是由于高温下碳和氮气与TiO2发生化学反应，将氧元素去除，形成氮化钛。然而，当温度进一步提高至1250~1400℃时，情况有所不同。在这个温度区间，NaCl开始分解，释放出的氯原子起到了卤化作用。同时，NiCl2中的Ni被解放出来，发挥了催化剂的效果，促进了Ti(C, N)晶须的形成。生成的晶须长度在10至30微米之间，直径约为1微米，表现出良好的形态控制。 通过X射线衍射(XRD)分析，可以研究合成样品的相组成，了解原料在反应过程中的相转变行为。扫描电子显微镜(SEM)则用于观察合成样品的微观形貌，以揭示晶须的生长细节。结果显示，合成的Ti(C, N)晶须表面平滑，其顶端常常残余有催化剂颗粒，这表明它们遵循了典型的气-液-固生长机制。在这个机制中，气态的反应物在催化剂表面液化，然后固态的晶须从液相中生长出来。 该研究揭示了在不同温度下，通过碳热还原法如何调控相转变，以及如何利用特定的添加剂和催化剂实现Ti(C, N)晶须的高效合成。这对于理解非氧化物陶瓷材料的制备工艺和优化纳米结构材料的性能具有重要的理论与实践价值。此外，这项工作也为未来设计更先进的合成策略，以制备高性能的Ti(C, N)基复合材料提供了基础。