本发明专利技术涉及一种制备碳化钨粉末的方法，其包括：在非还原气氛中、第一温度下加热包含固体钨源和固体碳源的反应混合物，足以形成包含部分渗碳的碳化钨和游离的固体碳的中间产物，其中该中间产物的碳含量大于６．１３重量％；和调节该部分渗碳的碳化钨的碳含量以形成碳含量在６．０８重量％－６．１６重量％的完全渗碳的碳化钨粉末；其中调节步骤包括在第二温度下、碳活性为０．０１－０．９９的气体混合物的存在下、６００℃－１２００℃的温度下加热。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及。技术背景金属碳化物如碳化钨(WC)是一类很多工业领域中应用的重要材料。对 于某些应用而言，碳化钨的游离碳含量应该较低并且粒度均匀。碳化钨用于制 备对机械强度有要求的制品，例如，模具、刀具和钻孔工具。WC的合成方法一般可以分为两类碳热还原反应和直接渗碳反应。20世 纪30年代到40年代在例如美国专利号US 2,285,837中首次披露了碳热还原反 应。在这种方法中，不完全的反应导致形成一种诸如钨(W)、碳化二钨(W2C) 和WC的产物混合物。原料的质量、反应器参数和反应参数等各种因素造成各 批料的WC产物的最终碳含量产生波动。形成碳化钨的第二种方法是直接渗碳法，如美国专利号US 1,876,175中所 述。该反应简单而且碳含量可控制到6.13重量％的化学计量水平。20世纪50年 代以来，该直接渗碳法己经成为标准的碳化钨粉末的制备方法。但是该直接渗 碳法的缺点是需要高温反应(如高于或等于大约140(TC)，其结果使得粒 径大于大约1.0)Lim。在20世纪80年代到90年代，利用二步法制备粒径较细的WC，粒径一般在 10 nm到120 nm之间。在Zucker的美国申请号US 20020009411中披露了这样的一 种方法。该方法是用钨前体化合物合成碳化钨，在还原气体组分中加热该前体 化合物到至少大约45(TC的第一温度，形成一种中间钨产物，在反应器中，在 包含至少一种第一种烃的渗碳气体组分下加热中间钨产物到至少大约75(TC的 第二温度，使之进行渗碳反应，形成一种包含至少大约98重量XWC的碳化钨 产物。在美国专利号US 5,372,797和US 5,370,854和CN 97 1 06622.1中披露了相 似的方法。在美国专利号US 5,567,662中披露了另一种制备碳化钨的方法。该方法的第一步为在1000。C一112(TC的低温下形成WC、W2C和W的混合物的部分渗碳步 骤；第二步为把炭黑加入到W2C和W的混合物中，并在1200。C一 130(TC的高温 下转变为WC。这种方法的缺点为第二步的高温反应导致WC的部分烧结。另外， 需要后研磨处理以获得粒径为O.l ^m — 0.2 jum的最终产物。在美国专利号US 5,380,688、 US 5,166,103、 US 4,664,899和US 4,008,090中以及日本粉末与粉末 冶金协会期刊(Journal of Japan Society of Powder and Powder Metallurgy)第26 巻第3期第90页，M. Miyake等人的文章"利用两旋转渗碳炉由\￥03直接制备 WC " ("The Direct Production of WC from W03 by Using Two Rotary Carburizing Furnaces")中己披露了相似的方法。该二步碳热还原反应的优点是可以精确控制WC组分。但是，许多早期的 二步法有一个在低温下部分渗碳形成W、 W2C和WC的混合物的第一步骤，随后 把碳加入到部分渗碳的混合物中在高温下形成WC的第二步骤。这些方法的缺 点包括渗碳过程缓慢、导致颗粒生长的高温反应和由于使用钨粉带来的安全问 题。因此，需要一种制备碳化钨特别是特级碳化钨的改进方法。
技术实现思路
一种，包括在约900。C一约1200。C的第一温度下、 非还原气氛中加热包含钨源和固体碳源的反应混合物，形成包含完全渗碳的碳 化钨和过量的游离固体碳的反应产物；其中该反应产物的总碳含量大于6.13重 量％;使用控制的去除步骤除去该反应产物中过量的碳，形成碳含量在6.08重 量％—6.16重量％的碳化钨粉末；其中反应混合物中的碳与钨的摩尔比大于或 等于约3.45。另一种包括在约90(TC—约120(TC的第一温度下、 非还原气氛中加热包含钨源和固体碳源的反应混合物，形成包含完全渗碳的碳 化钨和过量的游离固体碳的反应产物；其中反应混合物中的碳与钨的摩尔比大 于或等于约3.45;和其中该反应产物的总碳含量大于6.13重量％;使用控制的 化学去除步骤除去该反应产物中过量的碳，形成碳含量在6.08重量％—6.16重 量％的碳化钨粉末，其中控制的化学去除步骤包括在约80(TC—约120(rC的温 度下、碳活性为约0.01 — 0.99的气体混合物中加热反应产物，其中该气体混合 物包含氢气和甲垸。再一种包括在非还原气氛中、足够高的第一温度 下加热包含固体钨源和固体碳源的反应混合物，形成包含部分渗碳的碳化钨和 游离的固体碳的中间产物，其中该中间产物的碳含量大于6.13重量％;调节该部分渗碳的碳化钨的碳含量，形成碳含量在6.08重量％—6.16重量％的完全渗 碳的碳化钨粉末；其中调节包括在第二温度、碳活性为约0.01—0.99的气体混 合物的存在下、于约600。C一约1200。C的温度下加热。另一种包括在非还原气氛中、足够高的第一温度 下加热包含固体钨源和固体碳源的反应混合物，形成包含部分渗碳的碳化钩中间产物，其中该中间产物的碳含量小于6.13重量％;调节该部分渗碳的碳化钩的碳含量，形成碳含量在6.08重量％—6.16重量％的完全渗碳的碳化鸨粉末； 其中调节包括在第二温度下、碳活性为约0.5 —约0.99的气体混合物的存在下加热。附图说明图l为在不同的反应温度下碳化钨中的碳含量和起始物料中碳与钨的摩尔 比之间的关系图。图2显示出了实施例1和对比例1的X射线衍射图之间的对比。具体实施方式本文中的术语"一"并不表示对数量的限制，而表示有至少一种引用物的 存在。本文中使用的术语"重量％"表示重量％或以重量计的％。本文描述了控制形态和化学组成的金属碳化物粉末的生产方法。该金属碳 化物粉末可以是粒径为1 nm—100 nm的纳米粉末，或者粒径为100 nm—约1 微米的超细粉末。在一个实施方案中，方法包括..加热包含金属源和固体碳源 的混合物到足够高的第一温度，制备包含完全渗碳的一金属碳化物和过量碳的 反应产物；随后在控制的去除步骤中除去过量的碳。在这个实施方案中，反应 产物实际上是最终的一金属碳化物(如WC)和过量碳的混合物。在一个实施 方案中，反应产物主要由一金属碳化物和过量碳组成。换句话说，即通过X射 线衍射在反应产物中检测不到金属和二金属碳化物。加热在非还原气氛中进 行，并且可以在总压大于或等于约一个大气压下进行一段时间，足以形成主要 由完全渗碳的一金属和游离碳组成的中间产物。在这个实施方案中，使用的碳源 数量大于热力学反应温度下制备一金属碳化物所需的化学计量。当该金属为钨时， 加热可以在约90(TC—约120(TC的温度下、碳与钨的摩尔比(如C/W=n)大于或 等于约3.45的条件下进行。碳与钨之比大于或等于约3.45是基于高于90(TC的温 度下反应(1)的热力学计算的。如果反应温度高于1100°C,那么由于可以忽略主 要的C0和C02副产物，碳与钨之比大于或等于约4.0。因此，在一个实施方案中， 反应混合物中的碳与钨的摩尔比为大于或等于约4.0。然后，可以在约600'C—约120(TC、或者约80(TC—约120(TC的 驢下，通鹏制的去除步骤将碳活性控制 至哟0.01—0.99、或者约0.01—约本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制备碳化钨粉末的方法，其包括：在非还原气氛中、第一温度下加热包含固体钨源和固体碳源的反应混合物，足以形成包含部分渗碳的碳化钨和游离的固体碳的中间产物，其中该中间产物的碳含量大于６．１３重量％；和调节该部分渗碳的碳化钨的碳含量以形成碳含量在约６．０８重量％－约６．１６重量％的完全渗碳的碳化钨粉末；其中调节步骤包括在第二温度下、碳活性为约０．０１－约０．９９的气体混合物的存在下、约６００℃－约１２００℃的温度下加热。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：肖东三，张宗涛，王梅东，
申请(专利权)人：美国英佛曼公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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