[發明專利]一種一維納米碳化鎢及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201711124350.9
• 申請日: 2017-11-14
• 公開（公告）號: CN107915229B
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 吝楠;趙龍博
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: C01B32/949
• 分類號: C01B32/949;B82Y40/00;C22C1/05;C22C29/08
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 蔣太煒

本發明涉及一種一維納米碳化鎢及其制備方法和應用；屬于硬質合金材料制備技術領域。所述一維納米碳化鎢的直徑小于150nm，長度大于5μm。其制備方法為：以一維納米結構的鎢為原料；將原料加熱至1000?1100℃，同時，通入含有甲烷和稀釋氣體的混合氣體；反應1?2小時；得到鎢/碳一維復合納米結構材料；所述甲烷的流速為20?50cm³/s，稀釋氣體的流速為100?150cm³/s；然后對得到的鎢/碳一維復合納米結構材料在真空條件下進行碳化處理2?5小時，冷卻，得到一維納米碳化鎢；所述碳化處理的溫度為1200～1400℃。所述一維納米碳化鎢的應用包括將其用作硬質合金的增韌劑。

技術領域

本發明涉及一種一維納米碳化鎢及其制備方法和應用；屬于硬質合金材料制備技術領域。

背景技術

硬質合金由難熔金屬硬質化合物(WC)為主相，以過渡族的金屬(Co)為粘結相，采用粉末冶金的方法制備的復合材料。其具有高硬度、高強度及優良的耐磨性和抗氧化性，已被廣泛應用于機械加工、模具、礦山等領域。WC-Co硬質合金材料由于其優異的性能，已經在很多應用領域內取代了高速鋼。尤其在切削加工領域中，硬質合金刀具材料可以高速切削金屬、非金屬材料以及高溫合金、鈦合金等難加工材料，具有高的切削效率和長的使用壽命。

WC-Co硬質合金的力學性能與其微觀結構密切相關，硬質合金中粘接相含量和WC顆粒的尺寸都對硬質合金的力學和切削性能產生影響。隨著高端制造業的快速發展，硬質合金的高硬度與高斷裂韌性很難同時存在的問題日益凸顯，嚴重限制了高性能硬質合金材料的發展和使用。通常情況下，超細晶硬質合金(WC晶粒平均尺寸為0.1～0.6μm)具有高硬度、高耐磨性等優良性能，但是細小的碳化鎢顆粒難以阻礙硬質合金中裂紋的擴展，對材料的在使用的穩定性和可靠性造成不良影響。粗晶硬質合金的斷裂韌性高，粗大的晶粒可以有效抑制裂紋的擴展，但是粗晶硬質合金的硬度較低，耐磨性能較差，難以高速高精度加工對硬質合金材料的要求。因此制備高硬度和高斷裂韌性的硬質合金材料是WC-Co硬質合金發展的重要研究方向。

發明內容

本發明針對現有技術的空白和不足，提供一種一維納米碳化鎢及其制備方法和應用。

本發明一種一維納米碳化鎢，其直徑小于150nm，長度大于5μm。

作為優選，本發明一種一維納米碳化鎢，其直徑為50～150nm，長度為5～30μm。

本發明一種一維納米碳化鎢的制備方法，包括下述步驟：

第一步

以一維納米結構的鎢為原料；將原料加熱至1000-1100℃、優選為1000-1050℃，同時，通入含有甲烷和稀釋氣體的混合氣體；反應1-2小時；得到鎢/碳一維復合納米結構材料；所述甲烷的流速為20-50cm³/s，稀釋氣體的流速為100-150cm³/s；

第二步

對第一步得到的鎢/碳一維復合納米結構材料在真空條件下進行碳化處理2-5小時，冷卻，得到一維納米碳化鎢；所述碳化處理的溫度為1200～1400℃、優選為1200-1300℃。

在工業上應用時，必須嚴格控制第一步的加熱溫度以及甲烷、稀釋氣體的流速。其中如果加熱溫度過高，會導致一維納米結構的鎢結構的分解，變成顆粒。同時當溫度過高、甲烷流速過大、稀釋氣體流速過小，將會形成顆粒狀的炭黑，且所得產品中，一維納米結構的存在概率極低。嚴格控制反應時間是為了防止納米材料的長大。

本發明一種一維納米碳化鎢的制備方法，第一步中所述稀釋氣體優選為氮氣。

在工業上應用時，必須嚴格控制第二步的加熱溫度，溫度過低，則無法進行碳化，溫度過高，碳化速率過來，則不利于一維納米結構的維持。也就是所得產品中會出現大量顆粒狀的碳化鎢。