中國(guó)粉體網(wǎng)訊  碳化鎢(WC)是硬質(zhì)合金和金屬陶瓷的重要原料，WC粉末的粒徑基本上決定了硬質(zhì)合金和金屬陶瓷的力學(xué)性能。隨著WC粉粒徑的減小，硬質(zhì)合金和金屬陶瓷的性能顯著提高；特別是當(dāng)WC粉末的粒徑降低到納米級(jí)時(shí)，材料的強(qiáng)度、彈性模量和耐磨性等都得到顯著提高，而且其韌性得到改善。

WC粉末的粒徑越小，材料制備過程中所需的燒結(jié)時(shí)間就越短，同時(shí)致密化所需的溫度也就越低，如納米WC粉末在500°C開始致密化，而亞微米結(jié)構(gòu)的WC粉末則在1200°C才開始致密化。所以，制備出粒徑小于100nm的WC粉末可為其后續(xù)燒結(jié)過程奠定良好的基礎(chǔ)。

超細(xì)及納米WC粉末的制備

近年來(lái)制備超細(xì)或納米WC粉末的方法主要有：機(jī)械合金化法、直接還原碳化法、溶膠凝膠法、氣相碳化法、固定床化學(xué)氣相法、等離子體法等。

1 機(jī)械合金化法

柳林等采用機(jī)械合金化法，先將W粉與C粉按原子比1：1混合后，放入鋼管中并通入氬氣，然后選用直徑為12mm的WC磨球，采用球料比為18：1，最后在行星式球磨機(jī)上進(jìn)行高能球磨，通過該方法獲得了平均晶粒尺寸為7.2nm的WC粉末。馬學(xué)鳴等利用機(jī)械合金化技術(shù)，將粒度約為75μm的W粉和C粉按原子比1：1混合，選用的球料比為30：1，在QM-1F行星式高能球磨機(jī)上進(jìn)行球磨，球磨100h后，獲得平均晶粒大小為11.3nm的WC粉末。

2 直接還原碳化法

制備超細(xì)WC粉末的還原碳化方法可以分成兩大類：(1)還原碳化兩步法：第一步是從含W的前驅(qū)體中分解和還原制備出W粉；第二步是將W粉與含C的物質(zhì)混合并加熱到高溫，通過化學(xué)反應(yīng)碳化生成WC粉末。采用這種方法最初是將W粉和C粉混合后在高溫(1400-1600℃)下反應(yīng)化合生成WC粉末。(2)還原C化一步法即直接還原碳化法：將含W的前驅(qū)體與含C物質(zhì)混合后在高溫下直接還原碳化生成WC粉末。采用這種方法不僅提高了WC粉末的生產(chǎn)效率，而且獲得的WC粉末分布更加均勻和晶粒更加細(xì)小。

羅崇玲等采用直接還原碳化法獲得了晶粒大小為15-30nm的WC粉末。制備方法如下：以WO₃和C為原料，首先對(duì)WO₃和C的混合料進(jìn)行濕磨，其中C與W原子比大于1，隨后將濕磨后漿料進(jìn)行噴霧干燥，然后以N₂作為保護(hù)氣體，在高溫(1000-1100℃)下還原碳化制備出WC粉末和過量C的中間產(chǎn)物，最后將含碳量調(diào)至(6.13±0.05)％。孫鵬采用包埋-直接還原碳化法獲得納米碳化鎢粉末。還原以及化合反應(yīng)在A1₂O₃包埋裝置中進(jìn)行，在高溫時(shí)該裝置能夠提供還原性氣氛，從而避免WC被氧化。先對(duì)原料WO₃和C進(jìn)行高能球磨預(yù)處理，然后在1300℃保溫3小時(shí)進(jìn)行合成反應(yīng)，最后再對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行高能球磨再處理，在球磨40h后制備出晶粒大小為26nm的WC粉末。

3 溶膠-凝膠法

熊仁金等采用溶膠凝膠／原位碳化法制備出納米碳化鎢粉末，制備步驟如下：先 將雙氧水(H₂O₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％)加入到W粉(200目)中，以冰醋酸和無(wú)水乙醇作為穩(wěn)定劑，先制備出黃色的鎢溶膠，并通過蒸發(fā)除去多余的水分，然后加入溶有酚醛樹脂的無(wú)水乙醇，經(jīng)過超聲混合后得到含W源和C源的溶膠，將其陳化后得到凝膠，最后以H₂和AR作為保護(hù)氣體，再900℃碳化，制備出晶粒大小10.2nm的WC粉末。

4 氣相碳化法

日本的光井彰利用氣相碳化法獲得了納米碳化鎢粉末，他以WCl₆為W源，以CH₄為氣相C源，在高溫下(1300-1400℃)下通過化學(xué)反應(yīng)，制備出晶粒大小為20-30nm的WC粉末，并對(duì)反應(yīng)物-生成物體系之間的晶粒大小關(guān)系以及反應(yīng)的溫度進(jìn)行了較為詳細(xì)論述。日本東京鎢公司申請(qǐng)了以WO₃作為W源和以CO為碳化氣體的直接碳化法制備超細(xì)WC粉末的專利，其制備出的WC粉末的粒度以及含C量都能控制。

5 固定床化學(xué)氣相法

李繼剛等采用固定床化學(xué)氣相法成功制備出15nm左右的WC粉末。以納米WO₃作為W源，用乙炔作為C源，制備步驟如下：將納米WO₃放入石英反應(yīng)舟中，然后將該舟放入高溫不銹鋼管式反應(yīng)器中；抽真空后通入H₂，在660℃保溫1.5h后，納米WO₃粉末被全部還原成納米á-W粉，然后減少H₂的流量，并通入乙炔，升溫至800℃保溫4h，納米á-W粉末轉(zhuǎn)變?yōu)閃C粉末。

6 等離子體法

制備超細(xì)／納米WC粉末還有一種常用的方法：等離子體法，利用等離子體作為熱源，其溫度可達(dá)4000～5000℃，在這樣的高溫下，粉末原料將發(fā)生分解和反應(yīng)，生成所需的產(chǎn)物。該方法一般采用WO₃，WC或W作為W源，以CH₄作為C源，反應(yīng)后主要生成β-WC或W₂C，日本的龜山哲也等的研究表明：當(dāng)CH₄與WC的摩爾比大于15時(shí)，β-WC的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90％-95％，粉末粒徑約10nm。TEM觀察β-WC晶粒大小為5-20nm，具有良好的分?jǐn)?shù)性。

參考文獻(xiàn)：

王永. 純碳化鎢的制備工藝與性能

傅小明. 納米碳化鎢的制備技術(shù)及研究現(xiàn)狀

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