一种高分散粒度可控的纳米碳化钨粉的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高分散粒度可控的纳米碳化钨粉的制备方法，包括以下步骤：一、将无定型裂解碳进行调节；二、将无定型裂解碳颗粒、分散剂和水混合；三、向悬浊液中加入偏钨酸铵；四、将悬浊液加热搅拌，并加入有机酸或无机酸；五、将悬浊液进行真空干燥处理；六、将复合粉体加热处理，然后超高速搅拌；七、将产物进行一次热处理和二次热处理，得到纳米碳化钨粉。本发明专利技术以无定型裂解碳颗粒为形核剂，通过加酸沉淀过程，沉积钨酸，通过低温氢还原得到二氧化钨/无定型裂解碳纳米复合粉体，随后以两步碳化法得到纳米碳化钨粉，解决了纳米碳化钨制备过程中纳米碳化钨粒度分布不均、分散性差和粒度难以调控的难题。以调控的难题。以调控的难题。

【技术实现步骤摘要】
一种高分散粒度可控的纳米碳化钨粉的制备方法


[0001]本专利技术属于纳米粉体材料制备
，具体涉及一种高分散粒度可控的纳米碳化钨粉的制备方法。

技术介绍

[0002]超细/纳米晶碳化钨
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钴（WC
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Co）硬质合金因具有更高的硬度、耐磨性、强度和韧性，自出现后迅速受到广泛关注并成为研究热点，已成为硬质合金未来的发展趋势，其在高温合金模具制备、高硬钢模具制备、复合材料/印刷电路板切削加工等领域中具有巨大应用潜力。但纳米WC
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Co硬质合金生产一直因无法获得大批量高质量纳米碳化钨（WC）粉而受限制。
[0003]目前工业上生产纳米WC粉主要是通过低温顺氢还原氧化钨（WO3）先制备纳米钨（W）粉然后再将W粉和碳粉球磨混合并碳化制备而成，或直接将氧化钨和碳粉制成一定粒径的微球并将其连续高温碳化制备而成。其中通过氢还原方式制备的WC粒度不够细小。这是由于氢还原WO3时存在化学气相传输（CVT）过程，生成的中间产物（WO2(OH)2）促使W粉聚集长大，从而导致碳化过程中WC粉粒度增大，最终获得的WC
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Co硬质合金晶粒粗大，性能下降，无法达到细晶强化的效果。而通过传统连续碳还原制备出的WC粒度分布不均匀，这是由于WO3和碳粉在机械混合时无法保证各处达到均一分布、紧密结合，因此制备出的WC粉粒度分布宽。大颗粒WC粉在硬质合金制备过程中会和小颗粒的WC粉发生聚集生长，导致WC
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Co硬质合金中出现异常长大的WC晶粒，从而引起合金综合性能衰退，增加事故风险。
[0004]综上，工业上生产分散性良好、粒度分散均匀且可控的纳米WC粉仍存在一定困难。
[0005]因此需要一种适用于工业上高效制备高分散粒度可控纳米WC粉的方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种高分散粒度可控的纳米碳化钨粉的制备方法。该方法以无定型裂解碳颗粒为形核剂，精确地通过加酸沉淀过程，在无定型裂解碳颗粒上沉积钨酸，形成钨酸包覆无定型裂解碳的核壳结构，有效提高无定型裂解碳纳米颗粒和钨源的分散和结合程度，并通过低温氢还原得到二氧化钨/无定型裂解碳纳米复合粉体，使其继承钨酸和无定型裂解碳的分布和结合方式，随后以两步碳化法得到纳米碳化钨粉，抑制中间反应过程中的化学气相传输生长，解决了纳米碳化钨制备过程中纳米碳化钨粒度分布不均、分散性差和粒度难以调控的难题。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种高分散粒度可控的纳米碳化钨粉的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、将无定型裂解碳进行活性、缺陷、粒度和分散性调节，得到无定型裂解碳颗粒；步骤二、将步骤一中得到的无定型裂解碳颗粒、分散剂和水进行混合，得到分散均匀的无定型裂解碳悬浊液；
步骤三、向步骤二中得到的无定型裂解碳悬浊液中边搅拌边加入偏钨酸铵，得到含有偏钨酸铵与无定型裂解碳的混合悬浊液；步骤四、将步骤三中得到的混合悬浊液加热搅拌，并向中加入有机酸或无机酸，得到沉积包覆钨酸的无定型裂解碳悬浊液；步骤五、将步骤四中得到的沉积包覆钨酸的无定型裂解碳悬浊液进行真空干燥处理，得到纳米级混合的钨酸包覆无定型裂解碳复合粉体；步骤六、将步骤五中得到的复合粉体在含有氢气的气氛下进行加热处理，得到纳米级混合的二氧化钨/无定型裂解碳复合粉体，然后进行超高速搅拌，得到纳米级混合的产物；所述加热处理的温度为500℃~650℃；步骤七、将步骤六中得到的产物进行一次热处理，得到高分散核壳结构的碳化钨、钨和无定型裂解碳纳米颗粒复合粉体，然后进行二次热处理，得到纳米碳化钨粉；所述一次热处理的温度为850℃~930℃，所述二次热处理的温度为950℃~1300℃。
[0008]本专利技术通过将无定型裂解碳进行活性、缺陷、粒度和分散性调节，提高原材料反应过程中的反应活性，在热力学上降低反应吉布斯自由能，降低反应温度，避免在较高温度下WC粉粒径异常长大，更易大批量获得纳米WC粉；本专利技术通过偏钨酸铵和酸反应生成钨酸实现酸沉反应，生成的钨酸为沉淀，可包覆在无定型裂解碳表面，钨酸作为后续还原反应的钨源，与碳源可达到纳米级均匀混合，避免了传统球磨方式混合不均匀以及引入杂质的问题，可生成纯度较高的纳米WC；本专利技术通过将酸沉反应得到的复合粉体在含有氢气的气氛下加热处理进行还原，还原指钨酸和氢气反应生成WO2，当温度低于500℃时，反应不完全，存在未完全反应的WO3，在后续进行一次热处理时，即第一段碳化过程中会经历WO
2.72
→
WO2→
W的拓扑转变过程，WO
2.72
为微米级的棒状结构，一段碳化在此棒状结构上进行，因此最终生成的纳米W粉会出现大量聚集现象，沿着棒状结构密集分布，后续高温二次热处理时，即二段碳化会造成W粉烧结以及WC粉的异常长大；当温度高于650℃时，由于化学气相传输过程的加剧，会存在异常长大的W粉，同样在后续碳化过程中生成异常长大的WC粉，所以氢还原温度控制在500℃~650℃是为了得到基本无其余杂相的WO2，避免后续一段碳化过程生成异常长大的W粉且可保证二段碳化过程中WC的粒径为纳米级；本专利技术通过产物依次进行一次热处理和二次热处理，即依次进行第一段碳化和第二段碳化，一段碳化是为了将WO2还原为W并进一步在W表面形成W2C预碳化层，在空间上阻隔W粉的聚集生长，避免后续高温碳化生成异常长大的WC粉，二段碳化是将W、W2C进一步碳化，使其完全生成WC，由于高温会促进纳米粉的聚集长大，所以采用二段加热碳化的方式，可以避免直接高温碳化造成的WC粒径过大的问题，第一段温度为850℃~930℃，可保证形成分布均匀的W2C预碳化层，温度过低，不能有效形成W2C层；温度过高，W2C将转变为WC，后续碳化会使WC粉粒径达到微米级，第二段温度为950℃~1300℃是为了保证W2C和W粉完全转化为WC，温度过低，不能完全转化为纯相WC；温度过高，已生成的WC粉会出现聚集生长，生成异常长大的WC；本专利技术通过超高速搅拌，破碎粉体团聚并提高粉体孔隙率。
[0009]上述的一种高分散粒度可控的纳米碳化钨粉的制备方法，其特征在于，步骤一中所述无定型裂解碳为气相或固相有机碳源裂解生成，为无定型结构，比表面积大于150cm2/g；所述活性、缺陷、粒度和分散性调节的方式为超声处理、等离子处理或摩擦处理。本专利技术
通过采用气相或固相碳源裂解生成的无定形裂解碳，并进行活性、缺陷、粒度和分散性调节，得到高缺陷、高反应活性、细粒度和高分散性的无定形裂解碳颗粒，处理后的碳在形核、粒度和均匀性调控具有非常显著的优势，可以显著降低反应温度、反应时间。
[0010]上述的一种粒度可控的纳米碳化钨粉的制备方法，其特征在于，步骤二中所述分散剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯醇中的一种或两种以上，所述分散剂的加入量为步骤三中混合悬浊液中偏钨酸铵质量的0.5%~1%。本专利技术通过控制分散剂的加入量，使无定型裂解碳纳米颗粒均匀分散，当分散剂含量过低时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高分散粒度可控的纳米碳化钨粉的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、将无定型裂解碳进行活性、缺陷、粒度和分散性调节，得到无定型裂解碳颗粒；步骤二、将步骤一中得到的无定型裂解碳颗粒、分散剂和水进行混合，得到分散均匀的无定型裂解碳悬浊液；步骤三、向步骤二中得到的无定型裂解碳悬浊液中边搅拌边加入偏钨酸铵，得到含有偏钨酸铵与无定型裂解碳的混合悬浊液；步骤四、将步骤三中得到的混合悬浊液加热搅拌，并向中加入有机酸或无机酸，得到沉积包覆钨酸的无定型裂解碳悬浊液；步骤五、将步骤四中得到的沉积包覆钨酸的无定型裂解碳悬浊液进行真空干燥处理，得到纳米级混合的钨酸包覆无定型裂解碳复合粉体；步骤六、将步骤五中得到的复合粉体在含有氢气的气氛下进行加热处理，得到纳米级混合的二氧化钨/无定型裂解碳复合粉体，然后进行超高速搅拌，得到纳米级混合的产物；所述加热处理的温度为500℃~650℃；步骤七、将步骤六中得到的产物进行一次热处理，得到高分散核壳结构的碳化钨、钨和无定型裂解碳纳米颗粒复合粉体，然后进行二次热处理，得到纳米碳化钨粉；所述一次热处理的温度为850℃~930℃，所述二次热处理的温度为950℃~1300℃。2.根据权利要求1所述的一种高分散粒度可控的纳米碳化钨粉的制备方法，其特征在于，步骤一中所述无定型裂解碳为气相或固相有机碳源裂解生成，为无定型结构，比表面积大于150cm2/g；所述活性、缺陷、粒度和分散性调节的方式为超声处理、等离子处理或摩擦处理。3.根据权利要求1所述的一种高分散粒度可控的纳米碳化钨粉的制备方法，其特征在于，步骤二中所述分散剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷...

【专利技术属性】
技术研发人员：印涛，张于胜，潘晓龙，孙国栋，周世超，张思雨，
申请(专利权)人：西安稀有金属材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：