纳米碳化钨的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米碳化钨的制备方法，依次包括：将原料紫钨在40~50m3/h的强氢气流中还原，还原温度为600~800℃，装舟量为350~550g/舟，获得平均粒度≤50nm的钨粉；采用粒度≤100nm的炭黑进行配碳，与所述钨粉、抑制剂一起置于球磨机中球磨；然后碳化，碳化温度1500~1550℃，碳化时间10~20分钟，然后快速冷却，获得平均粒度≤200nm的碳化钨粉；其中纳米炭黑、氧化钒、氧化铬在球磨混合物中的质量百分比分别为6.40~6.60%、0.20%~0.35%、0.45%~0.65%，余量为钨粉；球磨中使用惰性气体作保护气体；球磨机加置水套；本发明专利技术采用高温碳化技术，碳化时间短且碳化完全，稳定性好，粒度细小均匀，易于大规模生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种纳米碳化钨的制备。
技术介绍
纳米硬质合金不仅硬度高、耐磨性好，而且具有很高的强度和韧性，具有较好的综合性能，其应用领域正在不断扩大，己广泛用于制造微型钻、精密工模具和难切削加工领域，纳米硬质合金的开发是硬质合金领域的一次重大技术革命，为机械制造、信息技术等相关行业的发展奠定了坚实的基础。作为纳米硬质合金生产的基础原料——纳米碳化钨，其制备与性能对纳米硬质合金的生产影响很大，并几乎成为纳米硬质合金生产的瓶颈，为此，许多国家的企业、研究机构等都进行了大量研究，如“一种纳米级钨粉及碳化钨粉的制备方法” (CN200410009568. 6)，采用高温、高压空气、超音速喷雾热转换法先制成纳米级103粉末，用 H2还原成纳米W02.9兰钨粉，进而制成有包覆薄膜的纳米兰钨粉末，再低温还原出平均粒径 (SOnm的钨粉，然后将钨粉与纳米碳黑粉混合，在980 1000°C碳化，制成纳米WC粉，再用超高速层间剪切机破碎桥接团粒，旋液分级，离心沉淀，干燥，制成平均粒径< 90nm的WC 粉末。又如论文“低温快速碳化制备纳米WC粉体及表征”(《机械工程材料》，2010年9月) 采用工业化生产技术，以纳米钨粉和炭黑为原料，在1 050°C低温条件下快速碳化15 min 制备了纳米WC粉体，通过XRD、EDS、SEM和FESEM等方法分析了纳米WC粉体的物相、成分、 形貌和粒径，结果表明制备的纳米WC粉体平均粒径为68. 9 nm。由于上述纳米碳化钨的制备采用的都是低温，即都是在1000度左右的温度下碳化，前者碳化时间长，采用有机物为碳源或者作为隔离剂，导致成本高，不利于大规模生产；后者虽然纯度较高，但依然含有少量的W2C和游离碳等杂质，这是因为它采用的低温快速碳化法，因反应物活性低，导致碳化不完全。
技术实现思路
本专利技术的目的针对上述不足，提供一种可以规模化生产、碳化完全的纳米碳化钨的方法。本专利技术的，依次包括以下步骤(1)将原料紫钨在40 50m3/h的强氢气流中还原，还原温度为60(T800°C，装舟量为 350 550g/舟，获得平均粒度< 50 nm的钨粉；(2)采用粒度<100 nm的纳米炭黑进行配碳，与所述钨粉、抑制剂一起置于球磨机中球磨；(3)将获得的球磨混合物置于碳化炉中进行碳化，碳化温度1500 1550°C，碳化时间 10^20分钟，然后在2 3小时内快速冷却到室温，获得平均粒度< 200 nm的纳米碳化钨粉。作为改进，纳米炭黑、氧化钒、氧化铬在球磨混合物中的质量百分比分别为 6. 40 6· 60%、0. 20% 0· 35%,0. 45% 0· 65%，余量为钨粉。作为进一步改进，球磨中使用惰性气体作保护气体；球磨机加置水套。本专利技术由于采用紫钨为原料，将其置于温度为600 800°C的40 50 m3/h的强氢气流中，在强氢气流中进行紫钨还原、降低装舟量，可以降低还原气氛中的水含量并迅速消除水蒸汽对还原过程的影响，从而获得粒度均勻的纳米级钨粉，其平均粒度小于50纳米。 而使用纳米炭黑可以提高碳化过程中碳的活性，有利于大量成核，得到细的碳化钨；进一步采用合适比例的炭黑与抑制剂氧化钒、氧化铬，得到更细的碳化钨。采用高温、短时间碳化， 大幅度地提高碳化过程中各反应物的活性，更有利于大量成核，从而获得粒度极细的纳米碳化钨，而快速冷却，则使得反应物迅速脱离反应状态以阻止已形成的碳化钨粒子的长大， 从而获得粒度均勻的纳米碳化钨粉末。本专利技术采用高温碳化技术，其碳化时间短，但碳化完全，稳定性好，易于大规模生产。在球磨过程中往球磨机中充入氮气或氩气等惰性气体，并使用带水套的球磨进行球磨，防止了配碳球磨中温度升高而使W粉氧化的问题。附图说明图1是本专利技术制备的纳米碳化钨的典型电镜照片。 具体实施例方式实施例1 在连续式还原炉中，将氢气流量调至40m3/h，温度为750°C，将紫钨置于舟皿中，其装舟量为500g/舟，每隔15分钟将其推入还原炉中进行还原。将还原获得的平均粒度46nm的钨粉，与IOOnm的炭黑、氧化钒、氧化铬加入带水套的球磨机中进行球磨，其中纳米炭黑占6. 50%，氧化钒占0. 35%，氧化铬占0. 55%，余量为钨粉，球磨时间为10小时。 球磨时加入氮气，也可以是氩气或其他惰性气体；球磨机加设水套，以防混合料温度过高导致料的氧化(以下实施例均相同)。将球磨好的混合物放入碳化炉中进行碳化，其碳化温度为1500°C，碳化时间为10分钟，而后快速冷却，即得到粒度为120nm的均勻纳米碳化钨， 其物理性能见表1，典型电镜照片见图1。实施例2 在连续式还原炉中，将氢气流量调至50m3/h，温度为700°C，将紫钨置于舟皿中，其装舟量为350g/舟，每隔15分钟将其推入还原炉中进行还原。将还原获得的平均粒度46nm的钨粉，与SOnm的炭黑、氧化钒、氧化铬加入带水套的球磨机中进行球磨，其中纳米炭黑占6. 50%，氧化钒占0. 35%，氧化铬占0. 55%，余量为钨粉，球磨时间为10小时。 将球磨好的混合物放入碳化炉中进行碳化，其碳化温度为1500°C，碳化时间为10分钟，而后快速冷却，即得到粒度为98nm的均勻纳米碳化钨，其物理性能见表1，典型电镜照片见图 1。实施例3 在连续式还原炉中，将氢气流量调至50m3/h，温度为60(TC，将紫钨置于舟皿中，其装舟量为350g/舟，每隔15分钟将其推入还原炉中进行还原。将还原获得的平均粒度46nm的钨粉，与50nm的炭黑、氧化钒、氧化铬加入带水套的球磨机中进行球磨，其中纳米炭黑占6. 40%，氧化钒占0. 3%，氧化铬占0. 50%，余量为钨粉，球磨时间为10小时。将球磨好的混合物放入碳化炉中进行碳化，其碳化温度为1520°C，碳化时间为10分钟，而后快速冷却，即得到粒度为90nm的均勻纳米碳化钨，其物理性能见表1，典型电镜照片见图1。实施例4 在连续式还原炉中，将氢气流量调至50m3/h，温度为80(TC，将紫钨置于舟皿中，其装舟量为350g/舟，每隔15分钟将其推入还原炉中进行还原。将还原获得的平均粒度46nm的钨粉，与IOOnm的炭黑、氧化钒、氧化铬加入带水套的球磨机中进行球磨，其中纳米炭黑占6. 60%，氧化钒占0. 35%，氧化铬占0. 55%，余量为钨粉，球磨时间为10小时。 将球磨好的混合物放入碳化炉中进行碳化，其碳化温度为1550°C，碳化时间为20分钟，而后快速冷却，即得到粒度为140nm的均勻纳米碳化钨，其物理性能见表1，典型电镜照片见图1。实施例5 在连续式还原炉中，将氢气流量调至40m3/h，温度为800度，将紫钨置于舟皿中，其装舟量为^Og/舟，每隔15分钟将其推入还原炉中进行还原。将还原获得的平均粒度46nm的钨粉，与SOnm的炭黑、氧化钒、氧化铬加入带水套的球磨机中进行球磨，其中纳米炭黑占6. 50%，氧化钒占0. 20%，氧化铬占0. 45%，余量为钨粉，球磨时间为10小时。 将球磨好的混合物放入碳化炉中进行碳化，其碳化温度为1500°C，碳化时间为15分钟，而后快速冷却，即得到粒度为ISOnm的均勻纳米碳化钨，其物理性能见表1，典型电镜照片见图1。表本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种纳米碳化钨的制备方法，依次包括以下步骤：（１）　将原料紫钨在４０　～５０　ｍ３／ｈ的强氢气流中还原，还原温度为６００～８００℃，装舟量为３５０～５５０ｇ／舟，获得平均粒度≤５０　ｎｍ的钨粉；（２）采用粒度≤１００　ｎｍ的纳米炭黑进行配碳，与所述钨粉、抑制剂一起置于球磨机中球磨；（３）将获得的球磨混合物置于碳化炉中进行碳化，碳化温度１５００　～１５５０℃，碳化时间１０～２０分钟，然后在２～３小时内快速冷却到室温，获得平均粒度≤２００　ｎｍ的纳米碳化钨。

【技术特征摘要】
1.一种纳米碳化钨的制备方法，依次包括以下步骤(1)将原料紫钨在40 50m3/h的强氢气流中还原，还原温度为60(T800°C，装舟量为 350 550g/舟，获得平均粒度< 50 nm的钨粉；(2)采用粒度<100 nm的纳米炭黑进行配碳，与所述钨粉、抑制剂一起置于球磨机中球磨；(3)将获得的球磨混合物置于碳化炉中进行碳化，碳化温度1500 1550°C，碳化时间 10^20分...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁军文，吴旭，杨金海，
申请(专利权)人：株洲硬质合金集团有限公司，
类型：发明
国别省市：43