專利名稱：碳化鎢粉的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種陶瓷超細(xì)粉末的制備方法，更具體的說是涉及一種燃 燒合成碳化鎢粉的方法。
背景技術(shù)：
碳化鎢具有高熔點(diǎn)、高硬度、高韌性、抗磨損、高導(dǎo)熱等特性，廣泛 應(yīng)用在刀具材料領(lǐng)域，而且鎢的碳化物顯示了極高的催化活性，有希望取 代貴金屬催化劑，因此相關(guān)的研究很多。由于碳化錫粉的化學(xué)純度和物理 性能要求嚴(yán)格，使得制取碳化鎢粉的工藝很復(fù)雜，用傳統(tǒng)的工藝從黑鎢精 礦或白鎢精礦生產(chǎn)碳化鎢，通常必須經(jīng)過仲鎢酸銨生產(chǎn)、鎢粉制備和碳化 等許多工序制成的碳化鎢，生產(chǎn)成本高。
近年來，碳化鎢粉體的合成研究歸結(jié)起來可分為化學(xué)法和機(jī)械法兩大 類，化學(xué)法主要為噴霧熱轉(zhuǎn)化法、有機(jī)鹽熱分解法、 一步還原碳化法、復(fù)
鹽沉淀法、自還原性胺鎢鹽制取超細(xì)wc粉、用廢料回收工藝制取wc等，
機(jī)械法主要為高能球磨法、振動(dòng)球磨法及機(jī)械合金化法。現(xiàn)有的碳化鎢粉 制備方法主要缺點(diǎn)是原料價(jià)格高、耗能高、反應(yīng)轉(zhuǎn)化率低、穩(wěn)定性差、效 率低、難以規(guī)模化生產(chǎn)和工藝復(fù)雜等。要降低碳化鎢的生產(chǎn)成本，必要途 徑是釆用價(jià)格相對(duì)較便宜的原材料、減少?gòu)牡V物原料到制品生產(chǎn)工藝的作 業(yè)工序，同時(shí)釆用節(jié)約能耗、易于產(chǎn)業(yè)化的生產(chǎn)工藝。
近年來，燃燒合成(cs)技術(shù)在碳化鎢粉體的制備中獲得了初步應(yīng)用，
它以氧化鎢為原料，利用氧化鎢與鎂和碳的化學(xué)反應(yīng)自身放熱、并以燃燒 波蔓延的方式來合成碳化鎢，因而具有節(jié)約能源、反應(yīng)迅速及容易規(guī)?；?生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。在燃燒合成碳化鎢方面，已有以氧化鎢為原料來合成碳化鎢， 利用鎢粉與碳在電場(chǎng)作用下合成了碳化鎢，但這些研究所釆用的原料相對(duì)而言還是比較昂貴的，如果釆用氧化鎢的前級(jí)原料鎢酸鹽為原料來制備碳 化鎢，將能大大降低生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種釆用鎢酸鹽為原料制備碳化鎢 粉的方法，本發(fā)明提供的碳化錫粉制備方法原料成本低廉，工藝設(shè)備簡(jiǎn)單。
本發(fā)明的技術(shù)方案， 一種碳化鎢粉的制備方法，包括下列步驟
A、 將鎢酸鹽、鎂粉、碳粉按照摩爾比鎢酸鹽鎂粉碳粉=1~6: 3~ 25: 1 8的比例混合，然后壓實(shí)裝入碳?xì)种频闹绷h(huán)狀筒或盤狀容器中， 裝入高壓容器中在氬氣氣氛中進(jìn)行燃燒合成，燃燒合成后自然冷卻；
B、 取出燃燒合成產(chǎn)物，進(jìn)行物料破碎，在l~10mol/L的鹽酸溶液中 浸泡1 5小時(shí)，使合成副產(chǎn)物MgO雜質(zhì)完全溶解于鹽酸中，抽濾，加入去 離子水洗滌，重復(fù)抽濾和洗滌多次，直到用AgN03檢測(cè)濾液中無Cl—為止， 最后在烘箱中在100~110°C溫度下將洗滌后的物料干燥1~5小時(shí)，得到 終產(chǎn)物碳化鎢粉。
步驟A中所述的鎢酸鹽選自鎢酸鈉、鎢酸鈣或鎢酸銨，鎢酸鹽的粒度 粒徑范圍為0. 5~100nm。
步驟A中所述的鎂粉的粒徑范圍為0.3 50nm,所述的碳粉的粒徑范圍 為0. 01 ~ 10(im。
步驟A中反應(yīng)的氬氣壓力為0. 1 ~ 15MPa。
對(duì)步驟A的進(jìn)一步優(yōu)化是將鎢酸鹽、鎂粉、碳粉按照摩爾比鎢酸鹽 鎂粉碳粉-1~6: 3~25: 1~8的比例稱重后，外加固體添加劑，均勻混 合，然后壓實(shí)裝入碳?xì)种频闹绷h(huán)狀簡(jiǎn)或盤狀容器中，裝入高壓容器中在 氬氣氣氛中進(jìn)行燃燒合成，燃燒合成后自然冷卻，其中所述固體添加劑選 自NaCl、 MgCl2、 NaF、 MgF2、 KC1其中之一或一種以上的混合物，所述固體 添加劑的加入量為鎢酸鹽、鎂粉和碳粉總重量的l~10wt% .
鎢酸鹽粉、鎂粉、碳粉和固體添加劑的混合物壓實(shí)后，壓實(shí)密度為2. 0~ 5. 0g/cm3。本發(fā)明的有益效果，本發(fā)明使用的高壓容器和一般的燃燒合成方法
(SHS)高壓容器相仿，無需特殊要求，但要求反應(yīng)物或添加了固體添加劑
的反應(yīng)物均勻混合后壓實(shí)安放在碳?xì)种频闹绷h(huán)狀筒或盤狀容器中，燃燒
合成后釆用自然冷卻。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)
第一、本發(fā)明能耗低，除啟動(dòng)燃燒合成反應(yīng)外不需任何能量；
第二、本發(fā)明釆用簡(jiǎn)單的工藝與設(shè)備，產(chǎn)量大，效率高，有利于降低
成本，易于產(chǎn)業(yè)化；
第三、本發(fā)明以價(jià)格相對(duì)較便宜的鎢酸鹽為原材料，減少了從礦物原
料到制品生產(chǎn)工藝的作業(yè)工序，有利于降低碳化鎢的生產(chǎn)成本；
第四、本發(fā)明添加鹵化物固體添加劑后可有效地隔開合成過程中碳化 鵠的結(jié)合和抑制其顆粒的長(zhǎng)大，有利于合成超細(xì)顆粒粉體，將粉料壓實(shí)，
可以使反應(yīng)物的充分接觸，提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率；
第五、本發(fā)明在O. 1 ~ 15MPa的高壓氬氣下反應(yīng)有利于防止鎂的揮發(fā)，
為充分反應(yīng)提供充足的原料。


圖l為碳?xì)种频闹绷h(huán)狀簡(jiǎn)，其中l(wèi)為鎢絲發(fā)熱體、2為點(diǎn)火劑、3為反 應(yīng)物、4為碳?xì)秩萜鳎?br> 圖2為碳?xì)种频谋P狀容器，其中l(wèi)為鎢絲發(fā)熱體、2為點(diǎn)火劑、3為反應(yīng) 物、4為碳?xì)秩萜鳎?br> 圖3是實(shí)施例1的XRD圖譜；
圖4是實(shí)施例1的SEM電鏡照片。
具體實(shí)施例方式
下面通過附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)描述， 一種碳化鎢粉的制 備方法，包括下列步驟
A、將鎢酸鹽、鎂粉、碳粉按照摩爾比鎢酸鹽鎂粉碳粉=1~6: 3~ 25: 1-8的比例混合，然后壓實(shí)裝入碳?xì)种频闹绷h(huán)狀簡(jiǎn)或盤狀容器中，裝入高壓容器中在氬氣氣氛中進(jìn)行燃燒合成，燃燒合成后自然冷卻；
B、取出燃燒合成產(chǎn)物，進(jìn)行物料破碎，在l~10mol/L的鹽酸溶液中 浸泡1~5小時(shí)，使合成副產(chǎn)物MgO雜質(zhì)完全溶解于鹽酸中，抽濾，加入去
離子水洗滌，重復(fù)抽濾和洗滌多次，直到用AgN03檢測(cè)濾液中無cr為止，
最后在烘箱中在100~110°C溫度下將洗滌后的物料干燥1~5小時(shí)，得到 終產(chǎn)物碳化鎢粉。所述的鎢酸鹽選自鎢酸鈉、鎢酸鈣或鎢酸銨，鎢酸鹽的 粒度粒徑范圍為0.5~100^n。所述的鎂粉的粒徑范圍為0. 3~50|itn，所述 的碳粉的粒徑范圍為0. 01 ~ 10^m。反應(yīng)的氬氣壓力為0. 1 ~ 15MPa。
在添加固體添加劑的情況下，是將鎢酸鹽、鎂粉、碳粉按照摩爾比鎢 酸鹽鎂粉碳粉=1~6: 3~25: 1~8的比例稱重后，外加固體添加劑， 均勾混合，然后壓實(shí)裝入碳?xì)种频闹绷h(huán)狀簡(jiǎn)或盤狀容器中，裝入高壓容 器中在氬氣氣氛中進(jìn)行燃燒合成，燃燒合成后自然冷卻，其中所述固體添 加劑選自NaCl、 MgCl2、 NaF、 MgF2、 KC1其中之一或一種以上的混合物，所 述固體添加劑的加入量為鎢酸鹽、鎂粉和碳粉總重量的l~10wt%。錫酸鹽 粉、鎂粉、碳粉和固體添加劑的混合物壓實(shí)后，壓實(shí)密度為2.0~5. Og/W。
實(shí)施例l
將鎢酸鈉、鎂粉和碳粉按=5: 17: 5摩爾比例配料，均勻混合后，再 壓實(shí)，裝入碳?xì)种频闹绷h(huán)狀簡(jiǎn)中，如圖1所示，然后裝入高壓容器中， 抽真空后充入3MPa的氬氣，經(jīng)點(diǎn)火后自蔓延燃燒，燃燒合成后釆用自然冷 卻。取出燃燒合成產(chǎn)物，進(jìn)行物料破碎，然后加入2mol/L的鹽酸溶液，浸 泡2小時(shí)，使MgO雜質(zhì)完全溶解于鹽酸中，抽濾，加入去離子水洗滌，重 復(fù)抽濾和洗滌多次，直到用AgN03檢測(cè)濾液中無Cr為止，然后在烘箱中， 于105。C下將洗滌后的物料干燥2小時(shí)。按本實(shí)施例獲得的產(chǎn)物，其XRD和 SEM圖分別如圖3和圖4所示，從XRD圖中可見，產(chǎn)物基本上是碳化鎢相， 從SEM圖中可以看出，碳化錫粉的平均粒徑為0.7nm的。
實(shí)施例2將鵠酸鈉、鎂粉和碳粉按-l: 3: l摩爾比例配料，其余條件包括原料 純度和粒徑均同實(shí)施方案1，獲得了平均粒徑約為0. 78|um的碳化鎢粉。
實(shí)施例3
將鎢酸鈉、鎂粉和碳粉按=5: 17: 5摩爾比例配料，均勻混合后，再 壓實(shí)，裝入碳?xì)种频谋P狀(長(zhǎng)2000mmx寬4OOmmx高2OOmm)容器，如圖2 所示，然后放入高壓容器中進(jìn)行燃燒合成，其余條件包括原料純度和粒徑 均同實(shí)施例l，獲得平均粒徑約為0.8nm的碳化鵠粉。
實(shí)施例4
將鎢酸鈉、鎂粉和碳粉按-2: 7: 2摩爾比例配料，外加2%的MgCl2， 其余條件包括原料純度和粒徑均同實(shí)施方案l，獲得了平均粒徑約為0. 64p 的碳化錫粉。
實(shí)施例5
將鎢酸銨、鎂粉和碳粉按=6: 25: 8比例配料，外加3"/。的KCl，其余條 件包括原料純度和粒徑均同實(shí)施方案l,獲得了平均粒徑約為0.74^un的碳 化鎢粉。
實(shí)施例6
將鎢酸鈣、鎂粉和碳粉按=5: 17: 5比例配料，外加5。/。的NaCl，其余 條件包括原料純度和粒徑均同實(shí)施方案1，獲得了平均粒徑約為0.58拜的 碳化錫粉。
上述實(shí)施例的內(nèi)容僅為本發(fā)明構(gòu)思下的基本說明，而依據(jù)本發(fā)明的技術(shù) 方案所作的任何等效變換，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種碳化鎢粉的制備方法，包括下列步驟A、將鎢酸鹽、鎂粉、碳粉按照摩爾比鎢酸鹽∶鎂粉∶碳粉＝1～6∶3～25∶1～8的比例混合，然后壓實(shí)裝入碳?xì)种频闹绷h(huán)狀筒或盤狀容器中，裝入高壓容器中在氬氣氣氛中進(jìn)行燃燒合成，燃燒合成后自然冷卻；B、取出燃燒合成產(chǎn)物，進(jìn)行物料破碎，在1～10mol/L的鹽酸溶液中浸泡1～5小時(shí)，使合成副產(chǎn)物MgO雜質(zhì)完全溶解于鹽酸中，抽濾，加入去離子水洗滌，重復(fù)抽濾和洗滌多次，直到用AgNO3檢測(cè)濾液中無Cl-為止，最后在烘箱中在100～110℃溫度下將洗滌后的物料干燥1～5小時(shí)，得到終產(chǎn)物碳化鎢粉。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述碳化鎢粉的制備方法，其特征是步驟A中所 述的鴒酸鹽選自鎢酸鈉、錫酸鉤或鵠酸銨，錫酸鹽的粒度粒徑范圍為0.5~ 100,
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述碳化鎢粉的制備方法，其特征是步驟A中所 述的鎂粉的粒徑范圍為0. 3 50jim，所述的碳粉的粒徑范圍為0. 01-10)Lim。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述碳化鵠粉的制備方法，其特征是步驟A中反 應(yīng)的氬氣壓力為0. l-lSMPa。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述碳化鎢粉的制備方法，其特征是步驟A中將 鎢酸鹽、鎂粉、碳粉按照摩爾比鎢酸鹽鎂粉碳粉=1~6: 3~25: 1~8 的比例稱重后，外加固體添加劑，均勻混合，然后壓實(shí)裝入碳?xì)种频闹绷?環(huán)狀簡(jiǎn)或盤狀容器中，裝入高壓容器中在氬氣氣氛中進(jìn)行燃燒合成，燃燒 合成后自然冷卻，其中所述固體添加劑選自NaCl、 MgCl2、 NaF、 MgF2、 KC1 其中之一或一種以上的混合物，所述固體添加劑的加入量為鎢酸鹽、鎂粉 和碳粉總重量的l~10wt% .
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述碳化鎢粉的制備方法，其特征是鎢酸鹽粉、 鎂粉、碳粉和固體添加劑的混合物壓實(shí)后，壓實(shí)密度為2. 0 ~ 5. 0g/cm3。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種碳化鎢粉的制備方法，包括下列步驟A.將鎢酸鹽、鎂粉、碳粉按照摩爾比鎢酸鹽∶鎂粉∶碳粉＝1～6∶3～25∶1～8的比例混合，然后壓實(shí)裝入碳?xì)种频闹绷h(huán)狀筒或盤狀容器中，裝入高壓容器中在氬氣氣氛中進(jìn)行燃燒合成，燃燒合成后自然冷卻；B.取出燃燒合成產(chǎn)物，進(jìn)行物料破碎，在1～10mol/L的鹽酸溶液中浸泡1～5小時(shí)，使合成副產(chǎn)物MgO雜質(zhì)完全溶解于鹽酸中，抽濾，加入去離子水洗滌，重復(fù)抽濾和洗滌多次，直到用AgNO₃檢測(cè)濾液中無Cl^-為止，最后在烘箱中在100～110℃溫度下將洗滌后的物料干燥1～5小時(shí)，得到終產(chǎn)物碳化鎢粉。本發(fā)明原料成本低廉，工藝設(shè)備簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)C04B35/56GK101525236SQ200910049538
公開日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2009年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月17日
發(fā)明者莊漢銳, 徐家躍, 李文蘭, 江國(guó)健 申請(qǐng)人:上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院