一种高纯、超细碳化钨的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高纯、超细碳化钨的制备方法，属于冶金化工技术领域。采用黄钨和碳黑为原料，按照一定的配比进行配料、球磨，在1000～1300℃下进行碳热还原，还原产物经C含量分析后，按WC理论C含量二次配碳，在1100～1500℃温度范围内进行二次渗碳制备WC。相比于其他WC工艺，本发明专利技术所采用的原料来源较广，制备过程简单，大幅度降低了生产成本；采用两步法制备超细碳化钨粉末，使得产品在粒度和碳含量上都得到了更好的控制，最终产物WC中游离碳极低。因此本发明专利技术生产工艺简单，生产成本低，对设备无特殊要求，易于实现工艺化。

【技术实现步骤摘要】
一种高纯、超细碳化钨的制备方法
本专利技术属于冶金化工
，公开了一种高纯、超细碳化钨的制备方法，涉及了一种两步法还原碳化制备碳化钨的方法。
技术介绍
碳化钨合金最早是由德国的Shroter于1923年专利技术的，碳化钨基硬质合金具有特殊的耐腐蚀性、高硬度、优良的断裂韧性和抗压强度，有现代工业牙齿之称。为了进一步提高WC硬质合金的力学性能，最佳的途径是将其晶粒度细化，合金的晶粒越细，其缺陷越小，这种硬质合金，既具有高的硬度和耐磨性，又具有高的强度和韧性。广泛应用于制作集成电路板微型钻头、点阵打印机打印针头、精密工模具、难加工材料刀具、木工刀具、医用牙钻等。目前，工业碳化钨粉末均采用钨粉与碳黑混合后经高温碳化而成，其生产成本受原料钨粉的来源、碳化过程中较高的温度等因素的影响，一直高居不下，并且该工艺生产成本高，制备的碳化钨粉末粒度较大、碳含量较高。为此，许多国家的企业、研究机构等都进行了大量研究，日本专利(公开号2005-335997，公开日期08.12.2005)将微小的WO3或WO2.9粉末与碳黑粉末混合，在N2气氛中加热至1050-1200℃，得到W、W2C和WC共存的中间体，再在H2气氛中加热至900～1300℃，得到碳化钨粉末，此方法通过一次配碳和高温下的两次碳化后得到产物碳化钨粉末中，总碳量偏离化学计量碳量较多，且游离碳较高。株洲硬质合金集团公司(CN102649671A)在此基础上采用碳黑和紫钨制备含碳黑质量百分数为13.4～14.5％前驱体粉末，将前驱体粉末进行一次碳化，一次碳化产物调配碳量后进行二次碳化得到超细碳化钨粉末。此方法中，由于前驱体中配碳量较高，一次碳化的理论产物接近WC，一次碳化产物只需配入极少量的碳黑进行二次碳化，因此碳黑与一次碳化产物的混匀较困难，成为制备高质量碳化钨的关键问题。同时紫钨的成本较高，使得该工艺的生产成本较高。
技术实现思路
本专利技术针对上述不足，提供一种采用碳黑和黄钨作为原料的制备超细碳化钨的方法，所要解决的是利用低成本、高效率的方法制备超细碳化钨。为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：一种制备超细碳化钨的方法，此方法以碳黑和黄钨作为原料，采用球磨均匀混料后在炉中分两步焙烧，冷却后得到超细碳化钨产物。具体制备步骤如下：(1)将黄钨与碳黑按摩尔比1:2.7～1:3.5(碳黑质量百分比为12.26％～15.34％)混合，球磨5～20小时，在氩气气氛下进行一次碳热还原反应，保温时间为1～4时；(2)将步骤(1)中得到的一次碳热还原产物经C含量分析后，按WC的理论C含量(6.13％)进行二次配碳，球磨5-20小时，在氢气气氛下进行二次渗碳反应，保温时间为4～8小时。进一步地，步骤(1)所述一次碳热还原温度为1000～1300℃，还原时间为1～4小时，步骤(2)所述的二次渗碳反应温度为1100～1500℃，保温时间为4-8小时。进一步地，步骤(1～2)所述的球磨为干磨或者湿磨5-20小时，湿磨时在混合原料中添加酒精溶液，并在球磨结束后干燥物料。进一步地，此方法中，步骤(1)中粉体原料的入炉方式为随炉升温或到目标温度后直接放入炉中；步骤(1)中一次还原产物反应结束后，样品冷却方式为在氩气气氛下随炉冷却或高温下直接取出在氩气气氛中冷却至室温；步骤(2)中渗碳反应结束后，样品冷却方式为在氢气气氛下随炉冷却或在氢气气氛下快速冷却至室温。进一步地，反应后产物碳化钨的粒径的范围为50～200nm。进一步地，将步骤(2)的得到的产物进行球磨、过筛，可以得到粒度更为均一的超细碳化钨粉末。采用本专利技术提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下有益效果：(1)本专利技术采用黄钨和碳黑分别作为钨源和碳源，相对其他钨源，有着来源广、价格低等特点，且制备方法简单，能耗低，可显著降低了传统碳化钨的生产成本；(2)本专利技术采用两段法制备超细、高纯碳化钨粉末，可实现最终产物中碳含量的精准控制，使产品的含碳量更接近碳化钨的理论含碳量。(3)本专利技术一次碳化时配碳量控制在12.26％～15.337％，使得一次碳化后产物的主相为W、W2C和少量的WC，经精确测碳后，再次配入碳黑进行二次渗碳反应。相比已有技术，二次配碳的量较多，易于和一次碳化产物混匀。具体实施方式为进一步了解本专利技术的内容，下面结合实施例对本专利技术作进一步的描述。实施例一：(1)将黄钨粉和碳黑精准称量，混合后得到碳含量的质量百分数为12.26％的前驱体粉末，球磨5h后干燥，制得混合均匀的粉体原料。(2)在氩气保护气氛下，将(1)中获得的粉体原料到温入炉，在1100℃下保温1小时。(3)保温结束，取出后在氩气气氛中冷却到室温，得到一次碳化产物，检测总碳含量为0.43％，按WC理论碳含量(6.13％)精准配碳，球磨10h后干燥。(4)将步骤(3)中二次配碳后粉体在H2气氛下进行二次碳化，二次碳化温度为1200℃，碳化时间为6h。反应结束后，样品在氢气气氛中冷却到室温，得到二次碳化产物，其粒径范围为80-120nm。实施例二：(1)将黄钨粉和碳黑精准称量，混合后得到碳含量的质量百分数为13.05％的前驱体粉末，球磨10h后干燥，制得混合均匀的粉体原料。(2)在氩气保护气氛下，将(1)中获得的粉体原料到温入炉，在1000℃下保温4小时。(3)保温结束，取出后在氩气气氛中冷却到室温，得到一次碳化产物，检测总碳含量为2.76％，按WC理论碳含量精准配碳，球磨5h后干燥。(4)将步骤(3)中二次配碳后粉体在H2气氛下进行二次碳化，二次碳化温度为1300℃，碳化时间为6h。反应结束后，样品在氢气气氛中冷却到室温，得到二次碳化产物，其粒径范围为110-140nm。实施例三：(1)将黄钨粉和碳黑精准称量，混合后得到碳含量的质量百分数为14.59％的前驱体粉末，球磨20h后干燥，制得混合均匀的粉体原料。(2)在氩气保护气氛下，将(1)中获得的粉体原料到温入炉，在1100℃下保温1小时。(3)保温结束，取出后在氩气气氛中冷却到室温，得到一次碳化产物，检测总碳含量为3.65％，按WC理论碳含量精准配碳，球磨10h后干燥。(4)将步骤(3)中二次配碳后粉体在H2气氛下进行二次碳化，二次碳化温度为1200℃，碳化时间为6h。反应结束后，样品在氢气气氛中冷却到室温，得到二次碳化产物，其粒径范围为130-160nm。实施例四：(1)将黄钨粉和碳黑精准称量，混合后得到碳含量的质量百分数为15.34％的前驱体粉末，球磨5h后干燥，制得混合均匀的粉体原料。(2)在氩气保护气氛下，将(1)中获得的粉体原料到温入炉，在1300℃下保温1小时。(3)保温结束，取出后在氩气气氛中冷却到室温，得到一次碳化产物，检测总碳含量为4.41％，按WC理论碳含量精准配碳，球磨20h后干燥。(4)将步骤(3)中二次配碳后粉体在H2气氛下进行二次碳化，二次碳化温度为1500℃，碳化时间为4h。反应结束后，样品在氢气气氛中冷却到室温，得到二次碳化产物，其粒径范围为140～170nm。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高纯、超细碳化钨的生产方法，其特征在于包括以下步骤:(1)将黄钨与碳黑按摩尔比1:2.7～1:3.5混合，球磨5～20小时后干燥，在氩气气氛下进行一次碳热还原反应，保温时间为1～4小时，得到一次碳化产物；(2)将步骤(1)中得到的一次碳热还原产物经C含量分析后，按WC的理论C含量(6.13％)进行二次配碳，球磨5～20小时后干燥，在氢气气氛下进行二次渗碳反应，保温时间为4‑8小时。

【技术特征摘要】
1.一种高纯、超细碳化钨的生产方法，其特征在于包括以下步骤:(1)将黄钨与碳黑按摩尔比1:2.7～1:3.5混合，球磨5～20小时后干燥，在氩气气氛下进行一次碳热还原反应，保温时间为1～4小时，得到一次碳化产物；(2)将步骤(1)中得到的一次碳热还原产物经C含量分析后，按WC的理论C含量(6.13％)进行二次配碳，球磨5～20小时后干燥，在氢气气氛下进行二次渗碳反应，保温时间为4-8小时。2.根据权利要求1所述的高纯、超细碳化钨的生产方法，其特征在于，步骤(1)所述一次碳热还原温度为1000～1300℃，还原时间为1～4小时，步骤(2)所述的二次渗碳反应温度为1100～1500℃，保温时间为4-8小时。3.根据权利要求1所述的高纯、超细碳化钨的生产方法，其特征在于，步骤(1～2...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国华，王凯飞，焦树强，周国治，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11