專利名稱：納米碳化鎢的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米碳化鎢的制備。
背景技術(shù)：
納米硬質(zhì)合金不僅硬度高、耐磨性好，而且具有很高的強(qiáng)度和韌性，具有較好的綜合性能，其應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷擴(kuò)大，己廣泛用于制造微型鉆、精密工模具和難切削加工領(lǐng)域，納米硬質(zhì)合金的開發(fā)是硬質(zhì)合金領(lǐng)域的一次重大技術(shù)革命，為機(jī)械制造、信息技術(shù)等相關(guān)行業(yè)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。作為納米硬質(zhì)合金生產(chǎn)的基礎(chǔ)原料——納米碳化鎢，其制備與性能對(duì)納米硬質(zhì)合金的生產(chǎn)影響很大，并幾乎成為納米硬質(zhì)合金生產(chǎn)的瓶頸，為此，許多國家的企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)等都進(jìn)行了大量研究，如“一種納米級(jí)鎢粉及碳化鎢粉的制備方法” (CN200410009568. 6)，采用高溫、高壓空氣、超音速噴霧熱轉(zhuǎn)換法先制成納米級(jí)103粉末，用 H2還原成納米W02.9蘭鎢粉，進(jìn)而制成有包覆薄膜的納米蘭鎢粉末，再低溫還原出平均粒徑 (SOnm的鎢粉，然后將鎢粉與納米碳黑粉混合，在980 1000°C碳化，制成納米WC粉，再用超高速層間剪切機(jī)破碎橋接團(tuán)粒，旋液分級(jí)，離心沉淀，干燥，制成平均粒徑< 90nm的WC 粉末。又如論文“低溫快速碳化制備納米WC粉體及表征”(《機(jī)械工程材料》，2010年9月) 采用工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)，以納米鎢粉和炭黑為原料，在1 050°C低溫條件下快速碳化15 min 制備了納米WC粉體，通過XRD、EDS、SEM和FESEM等方法分析了納米WC粉體的物相、成分、 形貌和粒徑，結(jié)果表明制備的納米WC粉體平均粒徑為68. 9 nm。由于上述納米碳化鎢的制備采用的都是低溫，即都是在1000度左右的溫度下碳化，前者碳化時(shí)間長，采用有機(jī)物為碳源或者作為隔離劑，導(dǎo)致成本高，不利于大規(guī)模生產(chǎn)；后者雖然純度較高，但依然含有少量的W2C和游離碳等雜質(zhì)，這是因?yàn)樗捎玫牡蜏乜焖偬蓟ǎ蚍磻?yīng)物活性低，導(dǎo)致碳化不完全。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的針對(duì)上述不足，提供一種可以規(guī)?；a(chǎn)、碳化完全的納米碳化鎢的方法。本發(fā)明的納米碳化鎢的制備方法，依次包括以下步驟
(1)將原料紫鎢在40 50m3/h的強(qiáng)氫氣流中還原，還原溫度為60(T800°C，裝舟量為 350 550g/舟，獲得平均粒度< 50 nm的鎢粉；
(2)采用粒度<100 nm的納米炭黑進(jìn)行配碳，與所述鎢粉、抑制劑一起置于球磨機(jī)中球
磨；
(3)將獲得的球磨混合物置于碳化爐中進(jìn)行碳化，碳化溫度1500 1550°C，碳化時(shí)間 10^20分鐘，然后在2 3小時(shí)內(nèi)快速冷卻到室溫，獲得平均粒度< 200 nm的納米碳化鎢粉。作為改進(jìn)，納米炭黑、氧化釩、氧化鉻在球磨混合物中的質(zhì)量百分比分別為 6. 40 6· 60%、0. 20% 0· 35%,0. 45% 0· 65%，余量為鎢粉。
作為進(jìn)一步改進(jìn)，球磨中使用惰性氣體作保護(hù)氣體；球磨機(jī)加置水套。本發(fā)明由于采用紫鎢為原料，將其置于溫度為600 800°C的40 50 m3/h的強(qiáng)氫氣流中，在強(qiáng)氫氣流中進(jìn)行紫鎢還原、降低裝舟量，可以降低還原氣氛中的水含量并迅速消除水蒸汽對(duì)還原過程的影響，從而獲得粒度均勻的納米級(jí)鎢粉，其平均粒度小于50納米。 而使用納米炭黑可以提高碳化過程中碳的活性，有利于大量成核，得到細(xì)的碳化鎢；進(jìn)一步采用合適比例的炭黑與抑制劑氧化釩、氧化鉻，得到更細(xì)的碳化鎢。采用高溫、短時(shí)間碳化， 大幅度地提高碳化過程中各反應(yīng)物的活性，更有利于大量成核，從而獲得粒度極細(xì)的納米碳化鎢，而快速冷卻，則使得反應(yīng)物迅速脫離反應(yīng)狀態(tài)以阻止已形成的碳化鎢粒子的長大， 從而獲得粒度均勻的納米碳化鎢粉末。本發(fā)明采用高溫碳化技術(shù)，其碳化時(shí)間短，但碳化完全，穩(wěn)定性好，易于大規(guī)模生產(chǎn)。在球磨過程中往球磨機(jī)中充入氮?dú)饣驓鍤獾榷栊詺怏w，并使用帶水套的球磨進(jìn)行球磨，防止了配碳球磨中溫度升高而使W粉氧化的問題。


圖1是本發(fā)明制備的納米碳化鎢的典型電鏡照片。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 在連續(xù)式還原爐中，將氫氣流量調(diào)至40m3/h，溫度為750°C，將紫鎢置于舟皿中，其裝舟量為500g/舟，每隔15分鐘將其推入還原爐中進(jìn)行還原。將還原獲得的平均粒度46nm的鎢粉，與IOOnm的炭黑、氧化釩、氧化鉻加入帶水套的球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，其中納米炭黑占6. 50%，氧化釩占0. 35%，氧化鉻占0. 55%，余量為鎢粉，球磨時(shí)間為10小時(shí)。 球磨時(shí)加入氮?dú)猓部梢允菤鍤饣蚱渌栊詺怏w；球磨機(jī)加設(shè)水套，以防混合料溫度過高導(dǎo)致料的氧化(以下實(shí)施例均相同)。將球磨好的混合物放入碳化爐中進(jìn)行碳化，其碳化溫度為1500°C，碳化時(shí)間為10分鐘，而后快速冷卻，即得到粒度為120nm的均勻納米碳化鎢， 其物理性能見表1，典型電鏡照片見圖1。實(shí)施例2 在連續(xù)式還原爐中，將氫氣流量調(diào)至50m3/h，溫度為700°C，將紫鎢置于舟皿中，其裝舟量為350g/舟，每隔15分鐘將其推入還原爐中進(jìn)行還原。將還原獲得的平均粒度46nm的鎢粉，與SOnm的炭黑、氧化釩、氧化鉻加入帶水套的球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，其中納米炭黑占6. 50%，氧化釩占0. 35%，氧化鉻占0. 55%，余量為鎢粉，球磨時(shí)間為10小時(shí)。 將球磨好的混合物放入碳化爐中進(jìn)行碳化，其碳化溫度為1500°C，碳化時(shí)間為10分鐘，而后快速冷卻，即得到粒度為98nm的均勻納米碳化鎢，其物理性能見表1，典型電鏡照片見圖 1。實(shí)施例3 在連續(xù)式還原爐中，將氫氣流量調(diào)至50m3/h，溫度為60(TC，將紫鎢置于舟皿中，其裝舟量為350g/舟，每隔15分鐘將其推入還原爐中進(jìn)行還原。將還原獲得的平均粒度46nm的鎢粉，與50nm的炭黑、氧化釩、氧化鉻加入帶水套的球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，其中納米炭黑占6. 40%，氧化釩占0. 3%，氧化鉻占0. 50%，余量為鎢粉，球磨時(shí)間為10小時(shí)。將球磨好的混合物放入碳化爐中進(jìn)行碳化，其碳化溫度為1520°C，碳化時(shí)間為10分鐘，而后快速冷卻，即得到粒度為90nm的均勻納米碳化鎢，其物理性能見表1，典型電鏡照片見圖1。實(shí)施例4 在連續(xù)式還原爐中，將氫氣流量調(diào)至50m3/h，溫度為80(TC，將紫鎢置于舟皿中，其裝舟量為350g/舟，每隔15分鐘將其推入還原爐中進(jìn)行還原。將還原獲得的平均粒度46nm的鎢粉，與IOOnm的炭黑、氧化釩、氧化鉻加入帶水套的球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，其中納米炭黑占6. 60%，氧化釩占0. 35%，氧化鉻占0. 55%，余量為鎢粉，球磨時(shí)間為10小時(shí)。 將球磨好的混合物放入碳化爐中進(jìn)行碳化，其碳化溫度為1550°C，碳化時(shí)間為20分鐘，而后快速冷卻，即得到粒度為140nm的均勻納米碳化鎢，其物理性能見表1，典型電鏡照片見圖1。實(shí)施例5 在連續(xù)式還原爐中，將氫氣流量調(diào)至40m3/h，溫度為800度，將紫鎢置于舟皿中，其裝舟量為^Og/舟，每隔15分鐘將其推入還原爐中進(jìn)行還原。將還原獲得的平均粒度46nm的鎢粉，與SOnm的炭黑、氧化釩、氧化鉻加入帶水套的球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，其中納米炭黑占6. 50%，氧化釩占0. 20%，氧化鉻占0. 45%，余量為鎢粉，球磨時(shí)間為10小時(shí)。 將球磨好的混合物放入碳化爐中進(jìn)行碳化，其碳化溫度為1500°C，碳化時(shí)間為15分鐘，而后快速冷卻，即得到粒度為ISOnm的均勻納米碳化鎢，其物理性能見表1，典型電鏡照片見圖1。表 權(quán)利要求
1.一種納米碳化鎢的制備方法，依次包括以下步驟(1)將原料紫鎢在40 50m3/h的強(qiáng)氫氣流中還原，還原溫度為60(T800°C，裝舟量為 350 550g/舟，獲得平均粒度< 50 nm的鎢粉；(2)采用粒度<100 nm的納米炭黑進(jìn)行配碳，與所述鎢粉、抑制劑一起置于球磨機(jī)中球磨；(3)將獲得的球磨混合物置于碳化爐中進(jìn)行碳化，碳化溫度1500 1550°C，碳化時(shí)間 10^20分鐘，然后在2 3小時(shí)內(nèi)快速冷卻到室溫，獲得平均粒度彡200 nm的納米碳化鎢。
2.如權(quán)利要求1所述的納米碳化鎢的制備方法，其特征在于所述納米炭黑、氧化釩、 氧化鉻在球磨混合物中的質(zhì)量百分比分別為6. 40 6. 60%、0. 209Π). 35%,0. 45% 0. 65%，余量為鎢粉。
3.如權(quán)利要求1所述的納米碳化鎢的制備方法，其特征在于所述球磨中使用惰性氣體作保護(hù)氣體；所述球磨機(jī)加置水套。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種納米碳化鎢的制備方法，依次包括將原料紫鎢在40~50m3/h的強(qiáng)氫氣流中還原，還原溫度為600~800℃，裝舟量為350~550g/舟，獲得平均粒度≤50nm的鎢粉；采用粒度≤100nm的炭黑進(jìn)行配碳，與所述鎢粉、抑制劑一起置于球磨機(jī)中球磨；然后碳化，碳化溫度1500~1550℃，碳化時(shí)間10~20分鐘，然后快速冷卻，獲得平均粒度≤200nm的碳化鎢粉；其中納米炭黑、氧化釩、氧化鉻在球磨混合物中的質(zhì)量百分比分別為6.40~6.60%、0.20%~0.35%、0.45%~0.65%，余量為鎢粉；球磨中使用惰性氣體作保護(hù)氣體；球磨機(jī)加置水套；本發(fā)明采用高溫碳化技術(shù)，碳化時(shí)間短且碳化完全，穩(wěn)定性好，粒度細(xì)小均勻，易于大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號(hào)B82Y40/00GK102311114SQ201110170309
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月23日
發(fā)明者吳旭, 楊金海, 袁軍文 申請(qǐng)人:株洲硬質(zhì)合金集團(tuán)有限公司