CN103408015B

CN103408015B - 一种超细碳化钨粉末的制备方法

Info

Publication number: CN103408015B
Application number: CN201310390459.2A
Authority: CN
Inventors: 陆必志; 颜练武; 施超波
Original assignee: Zhuzhou Cemented Carbide Group Co Ltd
Current assignee: Zhuzhou Cemented Carbide Group Co Ltd
Priority date: 2013-09-02
Filing date: 2013-09-02
Publication date: 2015-02-04
Anticipated expiration: 2033-09-02
Also published as: CN103408015A

Abstract

本发明涉及一种超细碳化钨粉末的制备方法，以超细钨粉、炭黑和超细碳化钨粉的混合物为初始反应物，在非氧化性气氛条件下进行碳化反应，制备超细碳化钨粉末。利用本发明方法获得的超细碳化钨粉末，粒度细，粒度分布均匀，分散性好，无团粒，化合碳含量高，而且生产工艺质量易于控制，可批量化生产。

Description

一种超细碳化钨粉末的制备方法

技术领域

本发明涉及一种超细碳化钨粉末的制备方法，属于碳化钨基硬质合金研究领域。

背景技术

碳化钨粉末是制备碳化钨基硬质合金的必备原料，硬质合金中的碳化钨晶粒的尺寸及其分布对合金性能有重要影响，当硬质合金中碳化钨晶粒尺寸减小到微米级、纳米级后，材料的硬度、抗弯强度有显著提高，韧性也有明显改善，被称为“双高”硬质合金。制备细晶粒，分散性好，粒度分布均匀，化合碳含量高的碳化钨粉末是制备超细硬质合金的关键技术。目前制备超细碳化钨粉末的方法主要有，传统氧化钨氢还原-碳化法，直接还原碳化法，机械合金化法，等离子体法。

1.传统氧化钨氢还原-碳化法，是以氧化钨为原料，用氢气将氧化钨还原成超细钨粉，再将超细钨粉与炭黑混合，然后进行碳化，最终获得超细碳化钨粉。传统氧化钨氢还原-碳化法制备超细碳化钨的优点在于生产工艺比较成熟，产品质量易于控制，适合批量化生产，是目前大批量生产超细碳化钨粉的理想方法。目前采用氧化钨氢还原法在制备超细及纳米钨粉方面解决了关键技术难题，以紫钨（WO_2.72）为原料，通过降低还原温度，增大氢气流量和减薄料层厚度，实现了大批量生产BET粒度小于0.1μm的超细钨粉，在此基础上采用传统氧化钨氢还原-碳化法已经实现了批量生产BET粒度大于0.2μm的超细碳化钨粉，但是该方法用于制备BET粒度小于0.2μm的超细碳化钨粉，还存在一些技术瓶颈，一是钨粉在碳化过程中烧结增粗，从而使碳化钨粉的BET粒度很难达到低于0.2μm；二是碳化过程中会形成粗大团粒，从而使超细碳化钨粉粒度分布的均匀性和分散性无法达到要求；三是钨粉碳化反应不完全，碳化钨粉的游离碳含量高，化合碳含量低。

2.直接还原碳化法，该方法是将氧化钨和炭黑混合均匀后，在氢气气氛的回转炉内进行直接还原和碳化制备超细碳化钨粉末，该方法的优点是还原和碳化同时进行，生产流程短。主要缺点在于碳化钨的碳含量难控制，很难实现一次性碳化合格，如果进行多次碳化，碳化钨粒度会烧结增粗。

3.机械合金化法，是将超细钨粉和碳黑在高能球磨机进行长时间的高能球磨，从而实现低温条件下碳化成碳化钨粉末，该方法的优点是碳化温度低，避免了碳化过程中碳化钨聚集增粗，制备的碳化钨粉末粒度更细，甚至可以制备100nm以下的碳化钨粉末。该方法的主要缺点是，碳化钨碳化不完全，化合碳低；长时间球磨会造成磨球和球磨筒壁的磨损而造成碳化钨杂质含量增高；长时间球磨会造成碳化钨氧含量增高；只能进行小批量生产，很难实现大规模生产。

4.等离子体法，是利用等离子体产生的热源，在高达4000-5000℃高温下将氧化钨和碳源（CH₄或C₂H₂）分解并碳化成碳化钨，该方法的优点是高温，碳化时间短，制备的碳化钨粒度细，分散性好。主要缺是设备复杂，生产成本高，不利于批量生产。

综上所述，直接还原碳化法，机械合金化法，等离子体法在批量生产超细碳化钨时，还存在一些技术难点，目前国内外批量生产超细碳化钨所采用的方法主要是传统氧化钨氢还原-碳化法。

发明内容

本发明的目的是提供一种超细碳化钨粉末的制备方法，利用本发明方法获得的超细碳化钨粉末粒度细，粒度分布均匀，化合碳含量高，可批量化生产。

本发明提供一种超细碳化钨粉末的制备方法，以超细钨粉、炭黑和超细碳化钨粉的混合物为初始反应物，在非氧化性气氛条件下进行碳化反应，制备超细碳化钨粉末。

作为改进，本发明的超细碳化钨粉末的制备方法，包括以下步骤：

（1）按质量百分比配料，超细钨粉为46.89~88.90%，炭黑为3.11~6.10%，其余为超细碳化钨，将上述比例的粉末混合均匀；根据超细钨粉中氧含量的不同，炭黑的质量百分比要满足下列数学关系，即炭黑的质量百分比－超细钨粉的质量百分比×C原子量/W原子量的值为0~0.3%；

（2）将混合好的物料在非氧化性气氛条件下进行碳化，碳化完成后在非氧化性气氛下冷却；

（3）将上述碳化好的物料，经磨碎后获得超细碳化钨粉末。

作为进一步改进，所述超细钨粉BET粒度为0.05~0.15μm。

作为进一步改进，所述超细碳化钨粉的BET粒度为0.15~0.30μm。

作为进一步改进，所述碳化温度为1000~ 1400℃，碳化时间为1~3h。

本发明是在传统氧化钨氢还原-碳化法制备超细碳化钨粉的基础上，在超细钨粉和炭黑混合时掺入一定比例的超细碳化钨，以超细钨粉，炭黑和超细碳化钨粉的混合物为初始反应物进行碳化，制备超细碳化钨粉末。本发明方法具有以下优点：

1.在超细钨粉和炭黑混合时掺入一定比例的超细碳化钨，掺入的超细碳化钨起到分散作用，可以提高超细钨粉和炭黑混合的均匀性，避免炭黑粘附到球磨筒壁和磨球而造成的混合不匀，从而使超细钨粉碳化得更完全。

2.掺入的超细碳化钨在碳化过程中可作为钨的碳源，进行WC +W→W₂C和W₂C +C→WC的反应，大大提高了钨与碳源接触的几率，从而使超细钨粉能在相对较低的温度下碳化完全，提高碳化钨的化合碳含量。

3.掺入的超细碳化钨在碳化过程中阻断了钨的烧结增粗，并抑制了粗大团粒的形成，从而实现制备粒度更细，粒度分布均匀，无团粒的超细碳化钨粉。

4.掺入的超细碳化钨起到和Cr₃C₂和VC同样的抑制钨粉增粗的作用，同时又不会产生杂质元素，掺入的超细碳化钨的比例，在产能允许的条件下，可以相对较高，大大提高了抑制钨粉增粗的效果，同时保证了超细碳化钨的高纯度，提高了超细碳化钨在硬质合金中应用的适应性。

利用本发明方法获得的超细碳化钨粉末，粒度细，粒度分布均匀，分散性好，无团粒，化合碳含量高，而且生产工艺质量易于控制，可批量化生产。

附图说明

图1是本发明实施例2制备的超细碳化钨粉末典型扫描电镜分析结果。

图2是本发明实施例2制备的超细碳化钨粉末典型粒度分布分析结果。

具体实施方式

实施例1：按下述步骤超细碳化钨粉末：

（1）按下述质量百分比配料，超细钨粉为88.90%（BET粒度为0.05μm），炭黑为6.10%，超细碳化钨为5%（BET粒度为0.15μm），根据超细钨粉中氧含量，炭黑的质量百分比比按WC化学计量比计算的炭的质量百分比高0.3%[即6.10%－88.90%×（12/183.85）的值为0.3%]，将上述比例的粉末物料放入球磨机中，添加不锈钢磨球，然后球磨混合8h，将物料混合均匀。

（2）将球磨混合好的物料从球磨机中卸出，并进行球料分离，然后将物料装入石墨舟皿，在碳化炉中进行碳化，碳化气氛为非氧化性气氛，碳化温度为1000℃，碳化时间为1h，碳化完成后保持非氧化性气氛条件下自然冷却。

（3）将上述碳化好的物料从碳化炉中卸出，添加磨球，在球磨机中进行球磨，球磨时间为4h，将块状物料球磨粉碎，将球磨好的物料从球磨机中卸出，先过12目的筛网，进行球料分离，再过120目的筛网，以除去没磨碎的物料和杂质，过筛后获得超细碳化钨粉末，粉末的BET粒度及碳、氧含量如表2所示。

按实施例1的方法制备实施例2-5的超细碳化钨粉，其不同之处在于制备超细碳化钨粉的原料配比、工艺参数，详见表1，制备的超细碳化钨的粒度及碳、氧含量见表2。

表1实施例2-5原料配比、工艺参数

表2 超细碳化钨的粒度及碳、氧含量

由表2、图1、图2可知本发明制备的超细碳化钨粉末，分散性好，粒度分布均匀，化合碳含量高。

Claims

1.一种超细碳化钨粉末的制备方法，其特征在于以超细钨粉、炭黑和超细碳化钨粉的混合物为初始反应物，在非氧化性气氛条件下进行碳化反应，制备超细碳化钨粉末，具体步骤如下：

（3）将上述碳化好的物料，经磨碎后获得超细碳化钨粉末。

2.根据权利要求1所述的一种超细碳化钨粉末的制备方法，其特征在于所述超细钨粉BET粒度为0.05~0.15μm。

3.根据权利要求1所述的一种超细碳化钨粉末的制备方法，其特征在于所述超细碳化钨粉的BET粒度为0.15~0.30μm。

4.根据权利要求1所述的一种超细碳化钨粉末的制备方法，其特征在于所述碳化温度为1000~ 1400℃，碳化时间为1~3h。