前躯体碳化法制备钠米碳化铬粉末

2010届毕业生 毕业论文

题 目: 前驱体碳化法制备纳米碳化铬粉末

院系名称：材料科学与工程 专业班级： 材料升0801 学生姓名： 学 号：

指导教师： 教师职称： 讲师

2010年 5 月 28

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摘 要

碳化铬具有较高的熔点、硬度和高温强度，以及良好的电导率和热导率。这些优异的性能确保了其在冶金、电子、催化剂和高温涂层材料等方面的广泛应用。

本课题选用重铬酸铵和纳米碳黑为原料，先将原料制成前驱体粉末，再在真空碳管炉中进行碳热还原反应，在一定条件下制备成纳米碳化铬粉体。主要采用了XRD、SEM等分析手段研究了不同工艺条件（反应温度、保温时间、配碳量）对制备纳米碳化铬的影响。

通过实验得出以下结论：900℃时，反应产物中主相为Cr2O3，含有少量的Cr3C2和游离碳。1000℃时，Cr2O3的量减少，Cr3C2的量增多。1100℃时，碳含量为19%、21%时，保温时间在30min、60min、90min时，反应产物均为单一的Cr3C2。900℃时反应产物颗粒基本呈球形或类球形，有少量的团聚现象，这主要由于该温度条件下正发生Cr2O3向Cr3C2的相转变，造成部分颗粒团聚。1000℃时反应产物颗粒尺寸在45-55nm之间变化，并且团聚现象减少，反应产物中Cr3C2生成量增多。1100℃时反应产物颗粒呈球形或类球形，无明显团聚现象，颗粒尺寸在30-40nm之间。

关键词：碳化铬 纳米碳黑 碳热还原法 重铬酸铵

I

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Title The preparation of chromic carbide nanopowder by precursor carbonization method

Abstract

Chromium carbide has a high melting point, hardness and high temperature strength and good electrical conductivity and thermal conductivity. The excellent performance ensure that it is widely used in metallurgy, electronics, catalysts and high-temperature coating materials.

Ammonium dichromate and nano-carbon black were used as raw materials, and were prepared as precursor powder firstly, then in a vacuum carbon tube furnace for carbothermal reduction. Under certain conditions, chromium carbide nanopowder was obtained. Effects of different process conditions (temperature, holding time, carbon content) on the preparation of chromium carbide nanopowders by using XRD and SEM methods.

The experiment shows the following conclusions: at 900 ℃, the main phase of the reaction products was Cr2O3, containing a small amount of Cr3C2 and free carbon. At 1000 ℃, the mount of Cr2O3 reduced, while the mount of Cr3C2 increased. At 1100 ℃, the carbon content was 19% and 21%, when the holding time was at 30min, 60min, 90min, the reaction products are single Cr3C2. At 900 ℃ the reaction products was basic spherical particles or spherical with a small amount of agglomeration. This was mainly due to the appearance of phase transition from Cr2O3 to Cr3C2, which resulted in some particle agglomeration. At 1000 ℃, the reaction products was in the 45-55nm particle sizes, and the reunion phenomenon is reduced, the reaction product of Cr3C2 increased. At 1100 ℃ the product of reaction was spherical or spherical particles, no agglomeration, particle size is between 30-40nm.

Keywords: Chromium carbide; Nano-carbon black; Carbothermal reduction method;

Ammonium dichromate

II

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目 录

1 绪论 ............................................................................................................................ 1

1.1 纳米材料 .......................................................................................................... 1 1.2 碳化铬的性质及用途 ...................................................................................... 1

1.2.1 铬简介 .................................................................................................... 2 1.2.2 铬的化合物 ............................................................................................ 2 1.2.3 碳化铬 .................................................................................................... 3 1.3 碳化铬的制备方法 .......................................................................................... 3

1.3.1 真空碳热还原法 .................................................................................... 3 1.3.2 机械合金化法 ........................................................................................ 4 1.3.3 喷雾热解法 ............................................................................................ 4 1.3.4 气相沉积法 ............................................................................................ 5 1.4国内外研究现状 ............................................................................................... 5

1.4.1 国内研究现状 ........................................................................................ 5 1.4.2 国外研究现状 ........................................................................................ 6 1.5 本课题研究目的、意义 .................................................................................. 7 1.6 本课题研究内容和技术路线 .......................................................................... 7

1.6.1 研究内容 ................................................................................................ 7

1.6.2 技术路线 ................................................................................................ 8 2 实验部分 .................................................................................................................... 9

2.1 实验原料 .......................................................................................................... 9 2.2 实验设备 .......................................................................................................... 9 2.3 实验过程 .......................................................................................................... 9 2.4 正交设计试验次数 ........................................................................................ 10 2.5 测试方法 ........................................................................................................ 11

2.5.1 物相分析 .............................................................................................. 11 2.5.2 显微分析 .............................................................................................. 11 2.5.3 红外分析 .............................................................................................. 11

2.5.4 TG-DTA分析 ....................................................................................... 11 3 结果分析 .................................................................................................................. 12

3.1 XRD分析 .................................................................................................... 12 3.2 SEM分析 .................................................................................................... 15 3.3 红外分析 ...................................................................................................... 20 3.4 TG-DTA分析 .............................................................................................. 25 结 论 ...................................................................................................................... 27 致 谢 ...................................................................................................................... 28 参 考 文 献 .......................................................................................................... 29

III

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1 绪论

1.1 纳米材料

纳米科技(Nano-ST)是80年代末刚刚诞生并正在崛起的新科技，它的基本涵义是在纳米尺寸范围内认识和改造自然。它所涉及的领域是人类过去很少涉及的非宏观、非微观的中间领域，从而开辟了人类认识世界的新层次，这标志着人类的科学技术进入了一个崭新的时代-纳米科技时代，将为新科技革命增加一项重要的新内涵[1]。

纳米粒子及由其构成的固体具有小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应及由此派生出的许多传统固体不具备的特殊性质。高强、高硬、良好的塑性与韧性是纳米材料引人注目的特性之一。德国的格莱特等制备的纳米铁多晶材料强度为常规铁的13倍。美国的席格尔也制得硬度高于同种常规材料的TiO2陶瓷。在陶瓷增韧方面，人们已经发现了具有塑性甚至超塑性的TiO2、Y-TZP、A12O3、ZrO2-Al2O3、Si3N4陶瓷。

现代陶瓷的发展趋势之一即原料粉体的显微结构从微米级尺度向纳米级(1-100nm)尺度发展，即其显微结构介于原子(或分子)与常规微米结构之间的过渡尺度区，并由于其尺寸效应带来显著不同的化学和物理性质。纳米结构陶瓷的兴起，标志着对结构陶瓷的研究与开发已进入介于宏观与原子之间的纳米层次，开拓了结构陶瓷的超塑性和低温烧结等新的性能与工艺途径，为结构陶瓷在纳米尺度量级的原料合成、制备、组成、结构、性能和使用功效等方面丰富了科学内涵，成为结构陶瓷研究的一个前沿领域。

采用纳米粉制备陶瓷和在常规陶瓷中添加纳米粉都可以使陶瓷的断裂韧性的和强度大大提高，烧结温度也可降低，对这种高性能陶瓷材料的研究也相应蓬勃兴起。因此，采用纳米粉为原料和添加纳米粉改性是对常规材料(特别是陶瓷等脆性材料)进行强韧化的有效途径。

1.2 碳化铬的性质及用途

碳化铬具有较高的熔点、硬度和高温强度，以及良好的电导率和热导率。

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采用两组不同有机物：丙酮－甲醇和乙醇－乙二醇，并通过改变(NH4)2[Cr(C2O4)3]和有机物溶液的体积比得到不同形貌的氧化物前驱体和不同形貌的Cr3C2粉末。

1.5 本课题研究目的、意义

根据上述可以知道，碳化铬具有较高的熔点、硬度和良好热导性等优异的性能，在冶金、电子学、催化剂等领域得到广泛的应用。在制备超细硬质合金时，碳化铬粉末作为晶粒长大抑制剂得到了广泛的应用。

目前，碳化铬粉末的制备通常采用三氧化二铬与固体碳混合碳化而成，此方法碳化温度较高、碳化时间较长，粉末粒度一般为微米级。该法生产成本较高，并且生产的粉末难以满足现代工业需求，现代工业迫切需求超细、纳米级碳化铬粉末。本课题采用水溶液前驱体法制备纳米碳化铬粉末，以铬酸铵、草酸铬、铬酸酐等为铬源，纳米碳黑为碳源，主要研究反应温度、保温时间等对纳米碳化铬制备的影响。

1.6 本课题研究内容和技术路线

1.6.1 研究内容

针对以上情况，主要研究的内容包括以下几个方面： (1) 反应温度对制备纳米碳化铬粉末的影响

以一定配比，研究不同温度对制备纳米碳化铬粉末的影响，主要采用以下测试手段：

a>采用X射线衍射仪分析不同温度下反应产物的物相组成； b>采用扫描电镜分析不同温度下反应产物的微观形貌。 (2) 配碳量对制备纳米碳化铬粉末的影响

在同一温度下，研究不同配碳量对制备纳米碳化铬粉末的影响，主要采用以下测试手段：

a>采用X射线衍射仪分析不同配碳量下反应产物的物相组成； b>采用扫描电镜分析不同配碳量下反应产物的微观形貌。

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(3) 保温时间对制备纳米碳化铬粉末的影响

在同一温度下，研究不同保温时间对制备纳米碳化铬粉末的影响，主要采用以下测试手段：

a>采用X射线衍射仪分析不同保温时间下反应产物的物相组成； b>采用扫描电镜分析不同保温时间下反应产物的微观形貌。 1.6.2技术路线

本课题在制备纳米碳化钒时，采用了如图1-1所示的技术路线：

原料放入碳管炉 配比 升温至反应温度 配制溶液 反应物 加热、干燥 物相分析前驱体粉末 微观组织分析 图1-1 制备纳米碳化钒的技术路线

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2 实验部分

2.1 实验原料

纳米碳黑：产地攀枝花，粒度<50nm，粉末分散性良好。 重铬酸铵：产地天津，分析纯，纯度>99%。

2.2 实验设备

真空热压炉：上海晨华电炉有限公司生产。

额定功率：50KW，电源电压：380V，最高温度：2300℃，频率：50HZ，加热器电压：0～36V，最大压力：20吨（压力自动调节），冷态极限真空度：6.67×10-3Pa,工作真空度：6.67×10-2Pa（1600℃以下）,工作区尺寸：直径160×200，最大位移：100mm。

电热恒温鼓风干燥箱：天津市华北实验仪器有限公司生产。

额定功率：2.0KW，电源电压：220V，温度范围：300℃，相数：1，频率：50HZ，温度波动度：正负1.5℃，温度均匀性：正负2.5%，工作室尺寸：45×55×55。

2.3 实验过程

将粉状重铬酸铵和纳米碳黑置于去离子水或蒸馏水中，搅拌均匀后，制得混合溶液，然后将该混合液置于烘箱中在一定条件下加热、烘干，最后得到含有铬源和碳源的前驱体粉末，将前驱体粉末研碎后置于真空碳管炉中开始加热，于600℃保温30min，使之转化为Cr2O3，然后直接升温至碳化铬转化温度，即可得到纳米级碳化铬粉体。

本实验以重铬酸铵和纳米碳黑为原料来制备纳米碳化铬粉体，主要基于以下反应原理：在低温下干燥，重铬酸铵（(NH4)2Cr2O7）发生分解生成Cr2O3 ，H2O和N2，使Cr2O3和纳米碳黑达到了较好混合，从而可以缩短反应路径，降低反应温度，缩短反应时间。然后随着温度的升高，碳逐渐将铬的高价氧化物还原成铬的低价氧化物，最终生成碳化铬。

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具体反应过程如下：

(NH4)2Cr2O7(s) ＝Cr2O3 (s)＋N2↑+ 4H2O （2-1）

3Cr2O3(s) + 13C (s)= 2Cr3C2 (s)+ 9CO （2-2） 3(NH4)2Cr2O7(s) + 13C(s) = 2Cr3C2 (s)+ 9CO+ 12H2O＋3N2↑ （2-3）

2.4 正交设计试验次数

由于本毕业设计（论文）课题任务的内容是：

（1）反应温度对合成纳米碳化铬粉末的相组成和微观结构的影响； （2）保温时间对合成纳米碳化铬粉末的相组成和微观结构的影响； （3）碳含量对合成纳米碳化铬粉末的影响。 故将其列为表格形式，如下表所示：

表2-1 实验考虑因素 水平 1 2 3

从表2-1可以看出这是一个3因素3水平的试验，确定实验的次数只需要设计一个L9(34)的正交试验表，经正交实验表分析，此次试验只需做9次即可得出较为准确的结论。需要做的9次试验如下表所示：

表2-2 实验的方案

A1B1C1 A2B1C2 A3B2C1 A1B2C2 A2B2C3 A3B1C3 A1B3C3 A2B3C1 A3B3C2 （A）温度/℃ 900 1000 1100 （B）保温时间/min 30 60 90 （C）碳含量/% 17 19 21 注：实验过程中发现900℃时反应物反应很不完全，因此将A2B1C2改A3B2C2，而将A1B3C3中的900℃改为了1200℃，想对比着看看结果，分析一下。

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2.5 测试方法

2.5.1物相分析

采用丹东方圆仪器公司生产的DX-1000型X射线多晶衍射仪对实验产物进行物相分析，以确定产物的物相组成，并根据谢乐公式：D = Kλ/ ( Bcosθ) （其中: λ为0. 154 nm , k 取0. 9，B为衍射峰的半高宽）计算得到颗粒尺寸。实验参数为：管压40 KV，电流25 mA，CuKα，λ=0.15460 nm，扫描速度为：0.06o/sec，扫描范围为：2θ=20~90o。 2.5.2 显微分析

采用JSM-5600LA型扫描电镜观察、分析粉体的形貌和颗粒粒径。仪器分析电压为：120~200KV，点分辨率为：0.3 nm。 2.5.3 红外分析

采用红外吸收光谱仪（红外分光光度计），日本岛津公司生产，型号是IRPrestige-21，仪器分析电压为220V。 2.5.4 TG-DTA分析

采用微机差热天平，北京光学仪器厂生产，型号是WCT-2C，仪器分析电压为220V。

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3 结果分析

纳米材料是指组成材料的晶粒或颗粒的几何尺寸在纳米级尺度水平（1~100nm之间），并具有特殊性能的材料，由于纳米材料作为先进的工程材料具有特殊的物理性能和机械性能，因此近几年来备受关注[23]。碳化铬具有较高的熔点、硬度和高温强度，以及良好的电导率和热导率。这些优异的性能确保了其在冶金、电子、催化剂和高温涂层材料等方面的广泛应用[1-5]。目前，碳化铬作为晶粒抑制剂在硬质合金、金属陶瓷领域具有重要作用。然而碳化铬粉末的制备通常采用三氧化二铬与固体碳混合碳化而成，此方法碳化温度较高、碳化时间较长，粉末粒度一般为微米级。该法生产成本较高，并且生产的粉末难以满足现代工业需求，现代工业迫切需求超细、纳米级碳化铬粉末。本课题采用水溶液前驱体法制备纳米碳化铬粉末，以铬酸铵、草酸铬、铬酸酐等为铬源，纳米碳黑为碳源，主要研究反应温度、保温时间、配碳量等对纳米碳化铬制备的影响。

3.1 XRD分析

图3-1是前驱体粉末在900℃、60min、19%C条件下反应产物的XRD图谱。由图可见，在该条件下，反应产物主要为Cr2O3，另外有少量Cr3C2生成，并有少量游离碳残留。这说明，该反应条件不能使Cr2O3完全碳化还原成Cr3C2。

图3-1 900℃、60min、19%C条件下反应产物的XRD图谱

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图3-2是前驱体粉末在1200℃、90min、21%C条件下反应产物的XRD图谱。由图可见，在该条件下，反应产物全部为Cr3C2。这说明，该反应条件下，Cr2O3和纳米碳黑反应充分，完全碳化还原为Cr3C2。

图3-2 1200℃、90min、21%C条件下反应产物的XRD图谱

图3-3是前驱体粉末在1000℃、60min、21%C条件下反应产物的XRD图谱。由图可见，在该条件下，反应产物主要为Cr3C2，另外有少量Cr2O3生成。这说明，该反应条件不能使Cr2O3完全碳化还原成Cr3C2。

图3-3 1000℃、60min、21%C条件下反应产物的XRD图谱

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图3-4是前驱体粉末在1100℃、60min、17%C条件下反应产物的XRD图谱。由图可见，在该条件下，反应产物主要为Cr3C2，另外有少量Cr2O3生成。这说明，该反应条件不能使Cr2O3完全碳化还原成Cr3C2，另外和图3-5、3-6比较分析可知，1100℃条件下，Cr2O3本应完全碳化还原成Cr3C2，但由于此次试验条件的碳含量只有17%，有点偏少，所以反应不充分，Cr2O3也未能完全碳化还原成Cr3C2。

图3-4 1100℃、60min、17%C条件下反应产物的XRD图谱

图3-5是前驱体粉末在1100℃、30min、21%C条件下反应产物的XRD图谱。由图可见，在该条件下，反应产物全部为Cr3C2。这说明，该反应条件下，Cr2O3和纳米碳黑反应充分，完全碳化还原为Cr3C2。

图3-5 1100℃、30min、21%C条件下反应产物的XRD图谱

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图3-6是前驱体粉末在1100℃、90min、19%C条件下反应产物的XRD图谱。由图可见，在该条件下，反应产物全部为Cr3C2。这说明，该反应条件下，Cr2O3和纳米碳黑反应充分，完全碳化还原为Cr3C2。

图3-6 1100℃、90min、19%C条件下反应产物的XRD图谱

3.2 SEM分析

图3-7是前驱体粉末在900℃、60min、19%C条件下反应产物的SEM图。由图可见，在该条件下，颗粒基本呈球形或类球形，有少量的团聚现象，经分析知反应产物中有Cr3C2、Cr2O3、C以及Cr2O3向Cr3C2转化的中间产物。与1100℃时产物的形貌相比，颗粒的形貌偏大，结合该反应产物的XRD（图3-1）可知，该条件下反应产物主要为Cr2O3，并有少量的游离碳剩余，说明该反应还没有进行彻底，剩余的Cr2O3正在向Cr3C2转变，造成颗粒形貌偏大，颗粒尺寸大约为50-60nm之间。

(a) 30000倍 (b) 50000倍

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(c) 100000倍

图3-7 900℃、60min、19%C条件下反应产物的SEM图

图3-8是前驱体粉末在1000℃、60min、21%C条件下反应产物的SEM图。由图可见，在该条件下，颗粒基本呈球形或类球形，相对900℃时反应产物，团聚现象减少，经分析知反应产物中有Cr3C2、Cr2O3以及Cr2O3向Cr3C2转化的中间产物。与1100℃时产物的形貌相比，颗粒的形貌偏大，结合该反应产物的XRD（图3-3）可知，该条件下反应产物中主要为Cr3C2，并有少量未反应的Cr2O3剩余，说明该反应还没有进行彻底，剩余的Cr2O3正在向Cr3C2转变，造成颗粒形貌偏大，颗粒尺寸大约为45-55nm之间。

(a) 30000倍 (b) 50000倍

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(c) 100000倍

图3-8 1000℃、60min、21%C条件下反应产物的SEM图

图3-9是前驱体粉末在1100℃、60min、17%C条件下反应产物的SEM图。由图可见，在该条件下，颗粒基本呈球形或类球形，基本上无团聚现象，经分析知反应产物中只有Cr3C2和Cr2O3，没有Cr2O3向Cr3C2转化的中间产物，且Cr2O3含量较多。与其他1100℃时产物的形貌相比，颗粒形貌的均匀性较低，结合该反应产物的XRD（图3-4）可知，该条件下反应产物中主要为未反应的Cr2O3，并有少量已经反应完全的Cr3C2，造成这样的结果的原因是配碳量太低，所以有剩余的Cr2O3无法反应，从而造成颗粒形貌的均匀性较低，颗粒尺寸大约为35-45nm之间。

(a) 30000倍 (b) 50000倍

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(c) 100000倍

图3-9 1100℃、60min、17%C条件下反应产物的SEM图

图3-10是前驱体粉末在1100℃、30min、21%C条件下反应产物的SEM图。由图可见，在该条件下，颗粒基本呈球形或类球形，无团聚现象，经分析知反应产物中只有Cr3C2，没有Cr2O3和Cr2O3向Cr3C2转化的中间产物，与上图中1100℃时产物的形貌相比，颗粒形貌的均匀性提高，颗粒尺寸降低，结合该反应产物的XRD（图3-5）可知，该条件下反应产物全部为Cr3C2。经分析后得知，这次试验之所以颗粒形貌的均匀性提高、颗粒尺寸降低，是因为虽然试验的保温时间降低了，但是它的配碳量却提高了，因此反应较为充分，颗粒尺寸大约为35-45nm之间。

(a) 30000倍 (b) 50000倍

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(c) 100000倍

图3-10 1100℃、30min、21%C条件下反应产物的SEM图

图3-11是前驱体粉末在1100℃、90min、19%C条件下反应产物的SEM图。由图可见，在该条件下，颗粒基本呈球形或类球形，无团聚现象，经分析知反应产物中只有Cr3C2，没有Cr2O3和Cr2O3向Cr3C2转化的中间产物，与上图中1100℃时产物的形貌相比，颗粒形貌的均匀性又进一步地提高，颗粒尺寸也进一步地降低了，结合该反应产物的XRD（图3-6）可知，该条件下反应产物全部为Cr3C2。经分析后得知，这次试验之所以颗粒形貌的均匀性进一步提高、颗粒尺寸也进一步降低，是因为虽然试验的配碳量有所降低，但其保温时间提高了，因此反应更为充分，颗粒尺寸大约为30-40nm之间。

(a) 30000倍 (b) 50000倍

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(c) 100000倍

图3-11 1100℃、90min、19%C条件下反应产物的SEM图

3.3 红外分析

图3-12、3-13分别是前驱体粉末在900℃、30min、17%C和900℃、60min、19%C条件下反应产物的红外图谱。由图可见，在该条件下明显地出现了三种波长的基团，分别是600/cm左右、900/cm左右和2400/cm左右的波长，经查资料知，这三种基团分别是O-Cr基团、C-Cr基团和C-O基团，说明此条件下反应产物中主要含有Cr2O3和Cr3C2，这与在扫描电镜和XRD中的分析结果是一致的。

图3-12 900℃、30min、17%C条件下反应产物的红外图谱

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图3-13 900℃、60min、19%C条件下反应产物的红外图谱

图3-14是前驱体粉末在1200℃、90min、21%C条件下反应产物的红外图谱。由图可见，在该条件下明显地出现了两种波长的基团，分别是900/cm左右和2400/cm左右的波长，经查资料知，这两种基团分别是C-Cr基团和C-O基团，说明此条件下反应产物中只含有Cr3C2，这与在XRD中的分析结果是一致的。

图3-14 1200℃、90min、21%C条件下反应产物的红外图谱

图3-15、3-16、3-17分别是前驱体粉末在1000℃、60min、21%C，1000℃、

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90min、17%C和1100℃、60min、17%C条件下反应产物的红外图谱。由图可见，在该条件下明显地出现了三种波长的基团，分别是600/cm左右、900/cm左右和2400/cm左右的波长，经查资料知，这三种基团分别是O-Cr基团、C-Cr基团和C-O基团，说明此条件下反应产物中主要含有Cr2O3和Cr3C2，这与在扫描电镜和XRD中的分析结果是一致的。值得一提的是图3-15、3-16均是在1000℃下做的试验，但图3-17则是在1100℃下做的试验，虽然两种试验得出的基团的类型均是一样的，但是两者的含量确是有差别的。由XRD图经软件分析知，1000℃下反应产物中Cr3C2占主要，而1100℃下反应产物中Cr2O3占主要，原因是虽然1100℃时已经达到了由Cr2O3向Cr3C2转化的温度，但是它的配碳量太低了，因此有剩余的Cr2O3。

图3-15 1000℃、60min、21%C条件下反应产物的红外图谱

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图3-16 1000℃、90min、17%C条件下反应产物的红外图谱

图3-17 1100℃、60min、17%C条件下反应产物的红外图谱

图3-18、3-19、3-20分别是前驱体粉末在1100℃、60min、19%C，1100℃、30min、21%C和1100℃、90min、19%C条件下反应产物的红外图谱。由图可见，

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在该条件下明显地出现了两种波长的基团，分别是900/cm左右和2400/cm左右的波长，经查资料知，这两种基团分别是C-Cr基团和C-O基团，说明此条件下反应产物中只含有Cr3C2，这与在XRD中的分析结果是一致的。

图3-18 1100℃、60min、19%C条件下反应产物的红外图谱

图3-19 1100℃、30min、21%C条件下反应产物的红外图谱

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图3-20 1100℃、90min、19%C条件下反应产物的红外图谱

3.4 TG-DTA分析

图3-21是前驱体粉末在1100℃、60min、19%C条件下反应产物的TG-DTA图谱。由图可以看出有两个明显的凸起的峰，经分析可知：在该条件下，当温度升高到249℃-280℃之间时，重铬酸铵（(NH4)2Cr2O7）发生分解生成Cr2O3、H2O和N2，放出热量，从而在图中表现为一个凸起的峰。反应方程式为：(NH4)2Cr2O7(s) ＝Cr2O3 (s)＋N2↑+ 4H2O。当温度继续升高到429℃时，Cr2O3 (s)发生氧化还原反应，被还原成为低价的铬的氧化物，从而放出大量的热，而在图中表现为一个大的凸起的峰。

图3-21 1100℃、60min、19%C条件下反应产物的TG-DTA图谱

（注：由于此次TG-DTA试验温度仅仅升高到1000℃，所以Cr2O3 (s)并没有转化为Cr3C2 (s)，因此也就没有这个反应的放热峰。）

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图3-22也是前驱体粉末在1100℃、60min、19%C条件下反应产物的TG-DTA图谱。由图可见，在该条件下，反应物发生失重现象，反应过程中反应物总的质量的失重百分比为71.42%。当温度升高到249℃-280℃之间时，重铬酸铵（(NH4)2Cr2O7）发生分解生成Cr2O3 、H2O和N2，因此在图中出现了一个直线下降的失重现象，其失重百分比达到了46.92%之高。随后在温度升高的过程中，反应物发生的失重其失重率仅为百分之十几，说明反应平稳。

图3-22 1100℃、60min、19%C条件下反应产物的TG-DTA图谱

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