[其他]粗晶-碳化鎢粉末及其生產方法

無效

• 申請號: 87107470
• 申請日: 1987-12-16
• 公開（公告）號: CN87107470A
• 公開（公告）日: 1988-09-07
• 發明（設計）人: 查利斯·詹姆斯·塔里;扎克·D·弗朗克
• 申請（專利權）人: 鈷碳化鎢硬質合金公司
• 主分類號: C01G41/00
• 分類號: C01G41/00;C22C29/08
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 徐汝巽,段承恩

本發明涉及粗晶一碳化鎢粉末的生產以及由它制成的粉末。

過去，一碳化鎢粉末主要由兩種方法生產，即直接碳化法和鋁熱法（又稱為宏量法）。直接碳化是在大約1400℃至1700℃，用細粉碳把金屬鎢、鎢酸或氧化鎢粉末碳化，這種方法產生的是細的、形狀很不規則的粉末，其典型的顆粒大小約在2至8微米之間。

用這種方法生產的粉末，Ti、Ta和Nb的含量很低，但總的碳含量卻難于控制，各批產品含碳量都不同，一般在5.98到6.25（重量）%范圍之間。雖然這種粉末適用于用普通的粉末冶金技術進一步加工成為燒結碳化物產品，例如采掘和金屬切削工具的刀頭，但其碳含量圍繞碳化鎢的化學計量含碳值（6.13w/o）上下變化，如果不通過均勻地混入碳（對于不足WC化學計量的產品，即碳含量＜6.13的）或鎢或WC（對于超過WC化學劑量的產品，即碳含量＞6.13的），使產品的碳含量得到適當的調整，則在燒結過程中會產生不穩定性。

鋁熱法已在philip????C.Mc????kenna的美觀專利3，379，503中詳細敘述（已轉讓給Kennametal公司，其說明書已收入進行全面參考）。鋁熱法也由E.N.Smith在“Metal????Powder????Report”雜志第35卷第2冊（1980年2月）第53，54頁上發表的題為“直接生產一碳化鎢的宏量方法”一文中詳細敘述過。在基于以上述專利為基礎的工業生產方法中，鎢礦精礦砂和氧化鐵的混合物用金屬鋁還原，同時用一種碳源如碳化鈣和碳進行碳化。如果所用的鎢礦精礦砂中不存在足夠量的錳，需要時可加入錳源。此外，有時也加入由以前各批鋁熱法生產所生成的工廠殘渣（即爐渣），其中主要包含氧化鈣，有時也加入鋁酸鈣。

調整反應物，使之在大約4433°F（2445℃）計算的溫度上建立一種自持的放熱反應。為使操作容易和便于調節反應，將爐料分成重量基本相同的等份，各自包裝于薄鋁片制成的袋內，以便逐漸進料并維持反應。

從工業生產的經驗中發現，存在一個溫度范圍，其中計算的溫度不應偏離最大值，約4500°F（2482℃）或最小值，約4372°F（2412℃），以使得不希望得到的碳化物相如WC和別的碳化不足的M₃W₃C型化合物如Fe₃W₃C的生成量減至最小。為使反應維持在合適的計算溫度范圍之內，過去已經發現必需把低品位的鎢礦精礦砂（鎢含量低于55w/o）與高品位的鎢礦精礦砂混合。低品位精礦砂中的雜質起稀釋劑的作用，以幫助控制和降低計算的反應溫度。

因為低品位鎢礦精礦砂中也不包含象高品位鎢礦精礦砂中那樣多的氧，因此需要加入鐵的氧化物如軋制鐵鱗或鐵礦粒，以提供和鋁反應的附加的氧源。鐵氧化物的鐵有助于控制反應池的流動性，后者是由鎢對鐵加錳的比率所決定的。已發現為了使WC和反應過程中生成的爐渣適當地分離，并得到形成良好的大的WC結晶，W對Fe+Mn的比率應維持在大約2.125。

和高品位的礦砂相比，使用低品位鎢礦精礦砂常包含較高的Ti、Nb和/或Ta等雜質含量，它們在過程中碳化，形成在生成的一碳化鎢粉末中的碳化物固溶體。

反應是在圓形反應爐中進行的，爐子應能承受達到的溫度，不受反應產物的影響。設計的反應爐用有絕緣碳背襯的厚石墨板作為內壁，把熱損失減至最小;外壁由高溫耐火磚砌成。爐頂用耐火磚部分地覆蓋，并留有供進料和反應氣體逸出的中心開口。

典型的爐料包含70，000公斤反應物，即：鎢礦精礦砂，氧化鐵，鋁和碳化鈣，還可包含一些工廠殘渣、碳和錳源。全部還原和碳化反應約需60分鐘，產生大約25，000公斤一碳化鎢。

上述鋁主要是鋁桶的碎片，估計其中含有4w/o的金屬鐵，這主要是混入的鋼桶的碎片。這些鋁桶的碎片也含有Ti的雜質，主要來自桶上的油漆。

準備進行反應前，反應爐被預熱至大約800℃。往已預熱的爐內投入下述物質引發反應：（1），幾袋含有下述組分的起始化合物的鋁袋：24w/o細粉鋁、71.9w/o氧化鐵、2.4w/o氯酸鉀和1.7w/o的硫。（2）幾袋含有鋁粉、氧化鐵、碳化鈣的起始或加熱用混合物的鋁袋。一旦形成融熔的鐵池，為使反應維持在基本穩定的狀態，應以必需的速度投入主要的爐料。