二碳化鉬鎢的高溫高壓制備方法
【專利摘要】本發(fā)明的二碳化鉬鎢的高溫高壓制備方法，屬于高溫導(dǎo)電鉬鎢三元碳化物制備的【技術(shù)領(lǐng)域】。制備過程為將鉬粉、鎢粉和碳粉進行混合，按合成腔體大小壓成圓柱狀；將塊狀圓柱狀原料裝入加熱容器，放入合成腔體中，在壓力為2.0～6.0GPa、溫度為1800～2000K下保溫保壓15～60分鐘；最后冷卻卸壓，制得二碳化鉬鎢塊狀材料。本發(fā)明工藝流程簡單，縮短了制備周期和燒結(jié)時間；不需要二元的碳化物做為原料；不需要任何如金屬鋁助熔劑；通過調(diào)節(jié)單質(zhì)原料的配比、溫度和壓力來提高二碳化鉬鎢的純度，并制備出了較高純度的塊體二碳化鉬鎢材料。
【專利說明】_碳化f目銘的局溫局壓制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高溫導(dǎo)電硬陶瓷材料鑰鎢三元碳化物制備的【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及二碳化鑰鎢(MoWC2)高溫高壓的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳化物陶瓷是一種高熔點化合物，并具有高硬度、高熱導(dǎo)和電導(dǎo)特性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性、抗腐蝕性等優(yōu)點，主要以單相或者復(fù)合結(jié)構(gòu)已經(jīng)在各種耐高溫、耐磨擦和耐腐蝕的機械領(lǐng)域得到應(yīng)用。第VI族過渡金屬碳化物具有某些貴金屬的催化性質(zhì)，此類材料在油品的的加氫精制、脫硫、脫氮和燃料電池觸媒電極方面同樣具有與貴金屬相比擬的催化活性和選擇性，該種碳化物比貴金屬價格低廉，且又具有優(yōu)良的抗一氧化碳和硫中毒的性能，因此被譽為取代鉬族貴金屬的“準(zhǔn)鉬催化劑”。以硬質(zhì)合金碳化鎢(WC)為代表的碳化物陶瓷，存在硬度高、強度高的優(yōu)越性能，大部分用于需要耐磨損和特種加工的行業(yè)，并且在醫(yī)療器械方向也有一定的應(yīng)用。但在制作WC過程中，為了增強材料的力學(xué)性能，一般需要使用金屬粘接劑，金屬粘結(jié)劑可以提高陶瓷的力學(xué)性能，但是同時容易被腐蝕。無粘結(jié)劑的碳化物陶瓷，由于具有更好的耐腐蝕性能，已經(jīng)作為傳統(tǒng)硬質(zhì)合金的替代品，廣泛使用于腐蝕環(huán)境。此外，該類陶瓷應(yīng)用于磨損材料時，還具有比其他陶瓷材料更優(yōu)異的耐高壓力和高速滑動摩擦。
[0003]一般而言，無粘接劑碳化物陶瓷是由兩種或者兩種以上不同的碳化物燒結(jié)制備而成。即制備這類陶瓷材料，首先需要制備出不同的碳化物原材料，其次還需要混料、熱壓高溫?zé)Y(jié)等復(fù)雜的技術(shù)環(huán)節(jié)。因此，制備過程中不同碳化物原材料的粒徑、混合均勻性、兩相界面等因素對最終制備的陶瓷材料性能有很大的影響。直接利用單質(zhì)元素，制備無粘接劑陶瓷材料，還未見報道。 發(fā)展一種新的制備方法，對于提高該類陶瓷材料的性能，推廣其應(yīng)用均有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，采用高溫高壓合成方法制備無界面、無粘接劑碳化物陶瓷材料。該方法不需要二元碳化物——碳化鑰和碳化鎢——做為原料、不采用任何降低合成條件的助熔劑，直接通過不同單質(zhì)成分的混合，通過調(diào)節(jié)合成溫度和壓力來調(diào)整二碳化鑰鎢的材料組分及純度，制備出高純度塊體無界面二碳化鑰鎢陶瓷材料。
[0005]本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下所述。
[0006]一種二碳化鑰鎢的高溫高壓制備方法，以鑰粉(Mo)、鎢粉(W)和碳粉(C)三種單質(zhì)為原料，經(jīng)原料混合、壓塊、組裝、高溫高壓合成、冷卻卸壓的工藝過程制得二碳化鑰鎢塊狀材料；所述的原料混合，是將鑰粉、鎢粉和碳粉按摩爾比1:1: 2~2.4進行混合；所述的壓塊，是指利用液壓機按合成腔體大小將混合物的原料壓成圓柱狀；所述的組裝，是將塊狀圓柱狀原料裝入加熱容器，放入合成腔體中；所述的高溫高壓合成，是在壓力為2.0~
6.0GPa、溫度為1800~2000K下保溫保壓15~60分鐘；所述的冷卻卸壓，是停止通電加熱后組裝塊自然冷卻至常溫，然后卸壓。
[0007]本發(fā)明的實驗可以在國產(chǎn)DS029B型六面頂壓機上完成。實驗結(jié)果表明，合成壓力的大小、溫度、原材料的配比是影響合成的二碳化鑰鎢純度和性質(zhì)的重要因素。由實施例1~3可以看出，優(yōu)選的制備條件是:鑰粉、鎢粉和碳粉按摩爾比1:1: 2.4，合成壓力范圍為5.0GPa，合成溫度范圍為1800~2000K，保溫保壓15~60分鐘。
[0008]為了保證在合成樣品的過程當(dāng)中合成腔體溫度的均勻性，本方法采用的加熱方式是通電石墨管旁熱式加熱；為了保證樣品不與產(chǎn)生熱量的石墨管發(fā)生反應(yīng)，合成樣品的腔體采用六角氮化硼保護。[0009]本發(fā)明工藝流程簡單；不需要二元的碳化物做為原料；不需要任何(比如金屬鋁等)助熔劑；通過調(diào)節(jié)單質(zhì)原料的配比、溫度和壓力來提高二碳化鑰鎢的純度，并制備出了較高純度的塊體二碳化鑰鎢材料。本發(fā)明方法大大縮短了傳統(tǒng)方法的制備周期和燒結(jié)的時間，合成的塊體材料有利于優(yōu)化其物理和機械性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是實施例1制備的二碳化鑰鎢化合物X光衍射圖。
[0011]圖2是實施例2制備的二碳化鑰鎢化合物X光衍射圖。
[0012]圖3是實施例3制備的二碳化鑰鎢化合物X光衍射圖。
[0013]圖4是實施例4制備的二碳化鑰鎢化合物X光衍射圖。
[0014]圖5是實施例5制備的二碳化鑰鎢化合物X光衍射圖。
[0015]圖6是實施例6制備的二碳化鑰鎢化合物X光衍射圖。
[0016]圖7是比較例I制備的二碳化鑰鎢化合物X光衍射圖。
[0017]圖8是比較例2制備的二碳化鑰鎢化合物X光衍射圖。
[0018]圖9是比較例3制備的二碳化鑰鎢化合物X光衍射圖。
【具體實施方式】
[0019]實施例1
[0020]將分析純粒度I~5微米的鑰粉(Mo)、粒度I~5微米的鎢粉(W)與粒度I~5微米的碳粉(C)按摩爾比1:1: 2.4充分混合，利用液壓機粉壓成型后，將樣品裝入合成腔體當(dāng)中。組裝腔體中采用石墨熱管，用葉臘石做保溫材料，利用六角氮化硼保護腔體，合成壓力為5.0GPa，合成溫度為1800K，保溫保壓時間為60分鐘，停止加熱后樣品自然冷卻至室溫后卸壓，此條件制備出的二碳化鑰鎢具體的X光衍射結(jié)果見圖1。
[0021]實施例2
[0022]采用與實施例1相同的原材料，按照按摩爾比1:1: 2.4混合，粉樣品壓制成型后采用與實施例1相同的組裝，合成壓力為5.0GPa，合成溫度為2000K，保壓保溫時間15分鐘，停止加熱后樣品自然冷卻至室溫后卸壓，此條件制備出純相MoWC2。結(jié)合以上兩例可以知道，升高溫度可以縮短反應(yīng)時間。具體的X光衍射結(jié)果見圖2。
[0023]實施例3
[0024]采用與實施例1相同的原材料，按照按摩爾比1:1: 2.4混合，粉樣品壓制成型后采用與實施例1相同的組裝，合成壓力為5.0GPa，合成溫度為2000K，保壓保溫時間30分鐘，停止加熱后樣品自然冷卻至室溫后卸壓。此條件下合成出了純度較高的二碳化鑰鎢。具體的X光衍射結(jié)果見圖3。
[0025]實施例4
[0026]采用與實施例1相同的原材料，按照按摩爾比1:1: 2.4混合，粉樣品壓制成型后采用與實施例1相同的組裝，合成壓力為6.0GPa，合成溫度為2000K，保壓保溫時間15分鐘，停止加熱后樣品自然冷卻至室溫后卸壓。此條件下制備出的二碳化鑰鎢含有碳化鑰鎢和碳的雜質(zhì)。具體的X光衍射結(jié)果見圖4。
[0027]實施例5
[0028]采用與實施例1相同的原材料，按照按摩爾比1:1: 2混合，粉樣品壓制成型后采用與實施例1相同的組裝，合成壓力為5.0GPa，合成溫度為2000K，保壓保溫時間30分鐘，停止加熱后樣品自然冷卻至室溫后卸壓。此條件下合成的二碳化鑰鎢中含有少量的碳和碳化鑰鎢的雜質(zhì)。具體的X光衍射結(jié)果見圖5。
[0029]碳粉在原料中的摩爾比低于2，將對合成產(chǎn)物純度有較大的影響。
[0030]實施例6
[0031]采用與實施例1相同的原材料，按照按摩爾比1:1: 2.4混合，粉樣品壓制成型后采用與實施例1相同的組裝，合成壓力為2.0GPa，合成溫度為2000K，保壓保溫時間60分鐘，停止加熱后樣品自然冷卻至室溫后卸壓。此條件下合成出了二碳化鎢鑰這種物質(zhì)，但是樣品中混有一定量的碳化鎢鑰這種雜質(zhì)。具體的X光衍射結(jié)果見圖6。
[0032]比較例I
[0033]采用與實施例1相同的原材料，按照按摩爾比1:1: 2.4混合，粉樣品壓制成型后采用與實施例1相同的組裝，合成壓力為5.0GPa，合成溫度為1600K，保壓保溫時間60分鐘，停止加熱后樣品自然冷卻至室溫后卸壓。此條件下合成的樣品中含有大量的金屬和碳，但出現(xiàn)了二碳化鑰鎢這種物質(zhì)。具體的X光衍射結(jié)果見圖7。
[0034]比較例2
[0035]采用與實施例1相同的原材料，按照按摩爾比1:1: 2.4混合，粉樣品壓制成型后采用與實施例1相同的組裝，合成壓力為5.0GPa，合成溫度為1300K，保壓保溫時間45分鐘，停止加熱后樣品自然冷卻至室溫后卸壓。此條件下金屬峰和碳峰較強，出現(xiàn)了二碳化鑰鎢和碳化鑰鎢的峰。具體的X光衍射結(jié)果見圖8。
[0036]比較例3
[0037]采用與實施例1相同的原材料，按照按摩爾比1:1: 2.4混合，粉壓成型后采用實施例1的組裝，合成壓力為5.0GPa，溫度2200K，保壓保溫時間60分鐘，停止加熱后樣品自然冷卻至室溫后卸壓，此條件制備出的為二碳化鑰鎢和碳化鑰鎢的混合相，此外還有一個不明物質(zhì)的雜峰。具體的X光衍射結(jié)果見圖9。
[0038]比較例I和比較例2由于合成溫度過低，產(chǎn)生了金屬和碳雜質(zhì)；比較例3由于合成溫度過高，產(chǎn)物中不僅有碳化鑰鎢存在，而且出現(xiàn)了不明物質(zhì)的雜質(zhì)。
【權(quán)利要求】
1.一種二碳化鑰鎢的高溫高壓制備方法，以鑰粉、鎢粉和碳粉為原料，經(jīng)原料混合、壓塊、組裝、高溫高壓合成、冷卻卸壓的工藝過程制得二碳化鑰鎢塊狀材料；所述的原料混合，是將鑰粉、鎢粉和碳粉按摩爾比1:1: 2~2.4進行混合；所述的壓塊，是指利用液壓機按合成腔體大小將混合物的原料壓成圓柱狀；所述的組裝，是將塊狀圓柱狀原料裝入加熱容器，放入合成腔體中；所述的高溫高壓合成，是在壓力為2.0~6.0GPa、溫度為1800~2000K下保溫保壓15~60分鐘；所述的冷卻卸壓，是停止通電加熱后組裝塊自然冷卻至常溫，然后卸壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二碳化鑰鎢的高溫高壓制備方法，其特征是，所述的原料混合，是將鑰粉、鎢粉和碳粉按摩爾比1:1: 2.4進行混合；所述的高溫高壓合成，是在壓力為5.0GPa、溫度為1800~2000K下保溫保壓15~60分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的二碳化鑰鎢的高溫高壓制備方法，其特征是，所述的原料，是粒度I~5微米的鑰粉、粒 度I~5微米的鎢粉和粒度I~5微米的碳粉。
【文檔編號】C01B31/34GK103601189SQ201310634390
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月30日
【發(fā)明者】崔田, 馬帥領(lǐng), 朱品文, 劉冰冰, 何志 申請人:吉林大學(xué)