[發(fā)明專利]一種超細(xì)碳化鎢粉末的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310390459.2
• 申請(qǐng)日: 2013-09-02
• 公開（公告）號(hào): CN103408015A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陸必志;顏練武;施超波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 株洲硬質(zhì)合金集團(tuán)有限公司
• 主分類號(hào): C01B31/34
• 分類號(hào): C01B31/34
• 代理公司: 長(zhǎng)沙永星專利商標(biāo)事務(wù)所 43001
• 代理人: 周詠;林毓俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種超細(xì)碳化鎢粉末的制備方法，屬于碳化鎢基硬質(zhì)合金研究領(lǐng)域。

背景技術(shù)

碳化鎢粉末是制備碳化鎢基硬質(zhì)合金的必備原料，硬質(zhì)合金中的碳化鎢晶粒的尺寸及其分布對(duì)合金性能有重要影響，當(dāng)硬質(zhì)合金中碳化鎢晶粒尺寸減小到微米級(jí)、納米級(jí)后，材料的硬度、抗彎強(qiáng)度有顯著提高，韌性也有明顯改善，被稱為“雙高”硬質(zhì)合金。制備細(xì)晶粒，分散性好，粒度分布均勻，化合碳含量高的碳化鎢粉末是制備超細(xì)硬質(zhì)合金的關(guān)鍵技術(shù)。目前制備超細(xì)碳化鎢粉末的方法主要有，傳統(tǒng)氧化鎢氫還原-碳化法，直接還原碳化法，機(jī)械合金化法，等離子體法。

1.傳統(tǒng)氧化鎢氫還原-碳化法，是以氧化鎢為原料，用氫氣將氧化鎢還原成超細(xì)鎢粉，再將超細(xì)鎢粉與炭黑混合，然后進(jìn)行碳化，最終獲得超細(xì)碳化鎢粉。傳統(tǒng)氧化鎢氫還原-碳化法制備超細(xì)碳化鎢的優(yōu)點(diǎn)在于生產(chǎn)工藝比較成熟，產(chǎn)品質(zhì)量易于控制，適合批量化生產(chǎn)，是目前大批量生產(chǎn)超細(xì)碳化鎢粉的理想方法。目前采用氧化鎢氫還原法在制備超細(xì)及納米鎢粉方面解決了關(guān)鍵技術(shù)難題，以紫鎢（WO_2.72）為原料，通過降低還原溫度，增大氫氣流量和減薄料層厚度，實(shí)現(xiàn)了大批量生產(chǎn)BET粒度小于0.1μm的超細(xì)鎢粉，在此基礎(chǔ)上采用傳統(tǒng)氧化鎢氫還原-碳化法已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)BET粒度大于0.2μm的超細(xì)碳化鎢粉，但是該方法用于制備BET粒度小于0.2μm的超細(xì)碳化鎢粉，還存在一些技術(shù)瓶頸，一是鎢粉在碳化過程中燒結(jié)增粗，從而使碳化鎢粉的BET粒度很難達(dá)到低于0.2μm；二是碳化過程中會(huì)形成粗大團(tuán)粒，從而使超細(xì)碳化鎢粉粒度分布的均勻性和分散性無法達(dá)到要求；三是鎢粉碳化反應(yīng)不完全，碳化鎢粉的游離碳含量高，化合碳含量低。

2.直接還原碳化法，該方法是將氧化鎢和炭黑混合均勻后，在氫氣氣氛的回轉(zhuǎn)爐內(nèi)進(jìn)行直接還原和碳化制備超細(xì)碳化鎢粉末，該方法的優(yōu)點(diǎn)是還原和碳化同時(shí)進(jìn)行，生產(chǎn)流程短。主要缺點(diǎn)在于碳化鎢的碳含量難控制，很難實(shí)現(xiàn)一次性碳化合格，如果進(jìn)行多次碳化，碳化鎢粒度會(huì)燒結(jié)增粗。

3.機(jī)械合金化法，是將超細(xì)鎢粉和碳黑在高能球磨機(jī)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的高能球磨，從而實(shí)現(xiàn)低溫條件下碳化成碳化鎢粉末，該方法的優(yōu)點(diǎn)是碳化溫度低，避免了碳化過程中碳化鎢聚集增粗，制備的碳化鎢粉末粒度更細(xì)，甚至可以制備100nm以下的碳化鎢粉末。該方法的主要缺點(diǎn)是，碳化鎢碳化不完全，化合碳低；長(zhǎng)時(shí)間球磨會(huì)造成磨球和球磨筒壁的磨損而造成碳化鎢雜質(zhì)含量增高；長(zhǎng)時(shí)間球磨會(huì)造成碳化鎢氧含量增高；只能進(jìn)行小批量生產(chǎn)，很難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。

4.等離子體法，是利用等離子體產(chǎn)生的熱源，在高達(dá)4000-5000℃高溫下將氧化鎢和碳源（CH₄或C₂H₂）分解并碳化成碳化鎢，該方法的優(yōu)點(diǎn)是高溫，碳化時(shí)間短，制備的碳化鎢粒度細(xì)，分散性好。主要缺是設(shè)備復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，不利于批量生產(chǎn)。

綜上所述，直接還原碳化法，機(jī)械合金化法，等離子體法在批量生產(chǎn)超細(xì)碳化鎢時(shí)，還存在一些技術(shù)難點(diǎn)，目前國(guó)內(nèi)外批量生產(chǎn)超細(xì)碳化鎢所采用的方法主要是傳統(tǒng)氧化鎢氫還原-碳化法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種超細(xì)碳化鎢粉末的制備方法，利用本發(fā)明方法獲得的超細(xì)碳化鎢粉末粒度細(xì)，粒度分布均勻，化合碳含量高，可批量化生產(chǎn)。

本發(fā)明提供一種超細(xì)碳化鎢粉末的制備方法，以超細(xì)鎢粉、炭黑和超細(xì)碳化鎢粉的混合物為初始反應(yīng)物，在非氧化性氣氛條件下進(jìn)行碳化反應(yīng)，制備超細(xì)碳化鎢粉末。

作為改進(jìn)，本發(fā)明的超細(xì)碳化鎢粉末的制備方法，包括以下步驟：

（1）按質(zhì)量百分比配料，超細(xì)鎢粉為46.89~88.90%，炭黑為3.11~6.10%，其余為超細(xì)碳化鎢，將上述比例的粉末混合均勻；根據(jù)超細(xì)鎢粉中氧含量的不同，炭黑的質(zhì)量百分比要滿足下列數(shù)學(xué)關(guān)系，即炭黑的質(zhì)量百分比－超細(xì)鎢粉的質(zhì)量百分比×C原子量/W原子量的值為0~0.3%；

（2）將混合好的物料在非氧化性氣氛條件下進(jìn)行碳化，碳化完成后在非氧化性氣氛下冷卻；

（3）將上述碳化好的物料，經(jīng)磨碎后獲得超細(xì)碳化鎢粉末。

作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述超細(xì)鎢粉BET粒度為0.05~0.15μm。

作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述超細(xì)碳化鎢粉的BET粒度為0.15~0.30μm。

作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述碳化溫度為1000~?1400℃，碳化時(shí)間為1~3h。