[發明專利]一種高均勻超細/納米鎢粉的制備方法

在審

• 申請號: 202110717309.2
• 申請日: 2021-06-28
• 公開（公告）號: CN113441728A
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 劉興偉;馬麗芝;劉金旭;劉天宇;馮新婭
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B22F9/20
• 分類號: B22F9/20;B22F1/00;B02C17/10;B82Y30/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉丹丹

本發明提供了一種高均勻超細/納米鎢粉的制備方法，屬于難熔金屬和粉末冶金技術領域。本發明第一球磨將氧化鎢粗顆粒粉碎至納米級，按照比例加入碳源后進行第二球磨，使碳源與納米氧化鎢粉混合均勻；本發明在焙燒過程中，在葡萄糖熔點(120～170℃)或蔗糖熔點附近溫度(170～190℃)保溫一段時間，由于納米粉末具有高表面能，葡萄糖或蔗糖熔化后會自發均勻的包覆于納米氧化鎢粉表面；隨后升溫至葡萄糖或蔗糖碳化溫度(300～500℃)并保溫，葡萄糖或蔗糖中H、O元素以水蒸氣的形式釋出，生成的碳均勻地留存于氧化鎢顆粒表面。在高溫還原溫度(800～1200℃)保溫，納米氧化鎢被還原，最終生成均勻的超細/納米鎢粉。

技術領域

本發明涉及難熔金屬和粉末冶金技術領域，尤其涉及一種高均勻超細/納米鎢粉的制備方法。

背景技術

鎢及其合金材料因具有高密度、高熔點、低熱膨脹系數、優異的導電導熱性能以及良好的耐腐蝕性能而被廣泛應用于核工業、航空航天、軍工、電子電氣、化學工業和冶金工業等眾多工業領域。例如：鎢基材料被認為是未來核聚變裝置中面向等離子第一壁和偏濾器最有前景的候選材料；鎢銅合金被應用于各種高壓斷路器的核心部件-電觸頭材料；重鎢合金被用于穿甲武器和射線屏蔽材料等。隨著應用行業的快速發展，普通結構的鎢材料已經難以滿足民用和軍工國防等領域對鎢材料優越綜合性能的迫切需求。當鎢合金的晶粒尺寸降至超細/納米級(超細粉的粒徑一般為200～800nm，納米粉的粒徑一般為200nm以下)時，其表現出了高的韌性、壓縮強度、抗熱震性等等。特別是超細/納米晶鎢合金作為穿甲彈材料使用時，可使穿甲彈具有良好的穿甲侵徹能力，以及大的穿甲深度、高的穿甲效率等優點，又可顯著增加高強韌鎢合金絕熱剪切敏感性，實現穿甲彈的“自銳性”。

采用低成本工業化制備技術生產高純度且粒徑均勻的納米/超細鎢粉是粉末冶金制備超細/納米結構鎢及其合金材料的前提與基礎。由于納米鎢粉的優異特性和重要應用，在過去的十多年里，納米鎢粉的制備一直是國內外研究的熱點，許多研究者開發了眾多制備納米鎢粉的方法。目前，我國工業生產鎢粉的方法主要是氫還原法，包括鎢酸鹽法、噴霧干燥法-流化床法、封閉循環氫還原法、多次氧化-還原法等。但是以上無論哪種方法生產出的超細鎢粉，都有大量團聚體存在，形成大顆粒，使粉體不均勻；而且氫還原氧化鎢的過程中，會生成中間產物，使鎢粉顆粒粗化，難以獲得納米級鎢粉。雖然還有高能球磨法、熱等離子體技術、電爆法、羰基鎢熱分解法、低溫熔鹽制備等技術手段制備納米鎢粉，但因成本高昂、生產效率低、工藝復雜、生成污染環境的廢氣、廢液等缺點難以用于工業化生產納米鎢粉。因此，高均勻性的納米/超細鎢粉的工業化制備技術仍是作為“瓶頸”問題制約著我國高性能鎢合金的發展。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高均勻超細/納米鎢粉的制備方法，制備的超細/納米鎢粉粒徑分布均勻，且具有簡單易操作、生產成本低、可工業化生產的優點。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種高均勻超細/納米鎢粉的制備方法，包括以下步驟：

將氧化鎢進行第一球磨，得到納米氧化鎢顆粒；

將所述納米氧化鎢顆粒與碳源混合，進行第二球磨，將所得球磨混合料干燥后，得到超細/納米鎢粉前驅體；所述碳源為葡萄糖或蔗糖；所述氧化鎢與碳源的質量比為(2.0～3.5)：1；

將所述超細/納米鎢粉前驅體進行焙燒，進行高溫還原反應，得到高均勻超細/納米鎢粉；

當所述碳源為葡萄糖時，所述焙燒包括：升溫至120～170℃保溫20～120min，自120～170℃再升溫至300～500℃保溫1～3h，從300～500℃繼續升溫到800～1200℃保溫3～7h；

當所述碳源為蔗糖時，所述焙燒包括：升溫至170～190℃保溫20～120min，自170～190℃再升溫至300～500℃保溫1～3h，從300～500℃繼續升溫到800～1200℃保溫3～7h。