CN103183347A - 粗碳化钨粉的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种粗碳化钨粉的制备方法，包括(1)将氧化钨粉末和碳黑粉末按照反应的理论量进行配比，装进球磨筒体内混合均匀，得到混合粉末；(2)采用高温碳化炉，将混合粉末进行称量装舟，然后开启真空泵，达到真空负压条件下再送入Ar和氢气，将碳化炉温度阶梯性地上升至900～2650℃进行保温，然后推入空料舟，待进入到第七个空料舟时再推入装料舟，进行还原和碳化，还原时间为1～3小时，碳化时间为15～20h，然后将料推入冷却带进行冷却，得到碳化钨块；(3)将碳化钨块砸碎，装入破碎球磨筒进行破碎，得到粗碳化钨粉。本发明制备的粗WC颗粒尺寸为20～100μm，粒度十分均匀，碳化钨粉缺陷少。
Description
技术领域
本发明涉及一种粗碳化钨粉的制备方法，特别是一种粒度为20～100μm的碳化钨粉的制备方法，属于稀有金属冶金领域。
背景技术
硬质合金终端用途主要是切削刀具和矿用工具，矿用工具比例分别占到了硬质合金应用的25％。矿用工具方面，硬质合金主要作为凿岩工具、采掘工具、钻探工具，在矿产、石油开采、基础设施建设等方面发挥重要作用。粗晶碳化钨用于矿用工具中使刀具的性能得到大幅度地提高，因此开展粗晶碳化钨制备技术的研究已成为硬质合金领域的研究热点。WC的晶粒尺寸基本上决定了硬质合金的性能。国内外对硬质合金的研究主要朝着纳米晶和超粗晶两个方向发展，而硬质合金晶粒大小主要取决于WC的晶粒度。粗晶粒碳化钨因其结晶性能好、结构缺陷少、亚晶尺寸粗大、显微硬度高、微观变形小、具有一定的塑性等一系列优点，用于生产硬质合金，可显著改善粗晶硬质合金的抗断裂韧性，提高使用寿命而得以广泛应用。
国内外制备粗晶碳化钨粉较为传统的方法为氧化钨高温还原高温碳化法，即采用氧化钨经过高温还原来制取不同粒度的钨粉，再用钨粉与固体碳混合，经高温碳化，来制取碳化钨，这种制备碳化钨的方法最为广泛。这是一个传统的经典方法，目前在国内尚居统治地位。
但传统方法制备的超粗碳化钨存在晶粒不够粗大、粒度不均匀，细颗粒较多、高温碳化过程中会出现颗粒粘结等问题。除传统方法之外，还有铝热法和碱金属化合物掺杂氧化钨高温还原高温碳化法。铝热法制备的粗晶粒碳化钨的粒度比较粗，但存在主要缺点是工序较长，所含杂质偏多，某些杂质无法完全去除而最终影响合金的综合性能。碱金属化合物掺杂氧化钨高温还原高温碳化法制备粗晶粒碳化钨粉末存在以下缺点：1)粗晶粒钨粉缺陷多，结晶不好，畸变晶粒多；2)碱金属滞留在碳化过程中反而会细化晶粒，易造成杂质含量偏高；3)晶粒形貌不好、均匀性差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新的方法制备粒度为20～100μm高纯度碳化钨粉，克服现有技术中存在的问题。
本发明采用高温还原和高温碳化同炉连续进行的方法制备超粗碳化钨粉。
本发明的粗碳化钨粉的制备方法，包括如下步骤：
(1)将氧化钨粉末和碳黑粉末按照生成碳化钨反应的理论量进行配比，装进球磨筒体内混合均匀，冷却后下料，得到混合粉末；
(2)采用高温碳化炉，将混合粉末进行称量装舟，然后开启真空泵，达到真空负压条件下再送入Ar和氢气，将碳化炉温度阶梯性地上升至900～2650℃进行保温，然后推入空料舟，待进入到第七个空料舟时再推入装料舟，进行还原和碳化，还原时间为1～3小时，碳化时间为15～20h，然后将料推入冷却带进行冷却，得到碳化钨块；
(3)将步骤(2)所得的碳化钨块砸碎，装入破碎球磨筒进行破碎，得到粗碳化钨粉。
配比时，碳黑粉末的重量占6.13％。
优选的，所述氧化钨粉末的费氏(Fsss)粒度为5～16μm。步骤(1)中，装进球磨筒体内混合的时间为16～26h。
步骤(2)中，所述碳化炉的温度按5～10℃/分钟的速度升温。
步骤(3)中，所述破碎的时间为12～18h。
优选的，在步骤(1)完成后，还包括将混合粉末进行原始配碳检测的步骤。混合粉末进行原始配碳检测，检查碳的混合程度是否达到均匀混合效果。通过检测，配碳完全达到混合均匀效果。
本发明的优点：
本发明制备的粗WC颗粒尺寸为20～100μm，粒度十分均匀，碳化钨粉缺陷少。本发明制备的碳化钨粉的纯度高，碳化钨纯度大于99.9％。碳化钨粉内化合碳含量高、游离碳含量低。不同原料对制备特粗晶粒碳化钨粉的影响；特粗晶粒碳化钨粉与炭黑混合工艺与装备；特粗晶粒碳化钨粉碳化工艺；特粗晶粒碳化钨粉破碎工艺与装备；研制出特粗晶粒碳化钨粉硬质合金，其平均晶粒度≥8μm，以其制备的地矿工具使用总进尺超过国内同类领先产品。
下面通过附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的碳化钨粉的颗粒形貌图。
图2为本发明实施例2制备的碳化钨粉的颗粒形貌图。
具体实施方式
实施例1
采用Fsss粒度为5μm的蓝色氧化钨粉末、天然优质碳黑(按6.13％(重量)的理论数据进行配比)为原料，按照生成碳化钨的理论数据进行配比，加装进实验球磨筒体内进行16h的混合，冷却后下料，放出料后进行原始配碳检测，检查碳的混合程度是否达到均匀混合效果。通过检测，配碳完全达到混合均匀效果。将料卸出来进行称量装舟。采用的碳化设备是全自动高温碳化炉。然后开启真空泵，达到真空负压条件下再送入Ar和氢气，将碳化炉温度按5℃/分钟阶梯性地升温，然后推入空料舟，待进入到第七个空料舟时再推入装料舟，其还原温度为900℃，还原时间为1小时；碳化温度2500温度，碳化时间为15h，将料推入冷却带进行冷却，待料达到接近常温时，将料推出卸料。出料后将料砸碎，让其碳化钨块方便进入到实验破碎球磨筒进行破碎，破碎时间为12h。
通过取样检测，其结果见表1，碳化钨粉的fsss粒度约为20～100um，总碳6.12％(重量)，游离碳0.03％(重量)，氧含量150ppm。所得特粗晶碳化钨粉的形貌如图1所示，可以看出，碳化钨粉粒子的晶粒很粗，较均匀，细粉极少，粒子结晶好，碳化完全，不存在碳化二钨的现象。
实施例2
采用Fsss粒度为16μm的蓝色氧化钨粉末、天然优质碳黑(按6.13％(重量)的理论数据进行配比)为原料，按照生成碳化钨的理论数据进行配比，加装进实验球磨筒体内进行26h的混合，冷却后下料，放出料后进行原始配碳检测，检查碳的混合程度是否达到均匀混合效果。通过检测，配碳完全达到混合均匀效果。将料卸出来进行称量装舟。采用的碳化设备是全自动高温碳化炉。然后开启真空泵，达到真空负压条件下再送入Ar和氢气，将碳化炉温度按5～10℃/分钟阶梯性地升温，然后推入空料舟，待进入到第七个空料舟时再推入装料舟，其还原温度1000℃，还原时间为3小时；碳化温度2650℃，碳化时间为20h，将料推入冷却带进行冷却，待料达到接近常温时，将料推出卸料。出料后将料砸碎，让其碳化钨块方便进入到实验破碎球磨筒进行破碎，破碎时间为15h。
通过取样检测，碳化钨粉的fsss粒度约为20～100um，总碳6.12％(重量)，游离碳0.03％(重量)，氧含量150ppm。所得特粗晶碳化钨粉的形貌如图2所示，可以看出，碳化钨粉粒子的晶粒很粗，较均匀，细粉极少，粒子结晶好，碳化完全，不存在碳化二钨的现象。
实施例3
采用Fsss粒度为10μm的蓝色氧化钨粉末、天然优质碳黑(按6.13％(重量)的理论数据进行配比)为原料，按照生成碳化钨的理论数据进行配比，加装进实验球磨筒体内进行20h的混合，冷却后下料，放出料后进行原始配碳检测，检查碳的混合程度是否达到均匀混合效果。通过检测，配碳完全达到混合均匀效果。将料卸出来进行称量装舟。采用的碳化设备是全自动高温碳化炉。然后开启真空泵，达到真空负压条件下再送入Ar和氢气，将碳化炉温度按10℃/分钟阶梯性地升温，然后推入空料舟，待进入到第七个空料舟时再推入装料舟，其还原温度950℃，还原时间为1小时；碳化温度2600℃，碳化时间为20h，将料推入冷却带进行冷却，待料达到接近常温时，将料推出卸料。出料后将料砸碎，让其碳化钨块方便进入到实验破碎球磨筒进行破碎，破碎时间为18h。
通过取样检测，碳化钨粉的fsss粒度约为20～100um，总碳6.12％(重量)，游离碳0.03％(重量)，氧含量150ppm。碳化钨粉粒子的晶粒很粗，较均匀，细粉极少，粒子结晶好，碳化完全，不存在碳化二钨的现象。
表1实施例1制备碳化钨粉的检测结果
Claims (7)
1.一种粗碳化钨粉的制备方法，包括如下步骤：
(1)将氧化钨粉末和碳黑粉末按照反应的理论量进行配比，装进球磨筒体内混合均匀，得到混合粉末；
(2)采用高温碳化炉，将混合粉末进行称量装舟，然后开启真空泵，达到真空负压条件下再送入Ar和氢气，将碳化炉温度阶梯性地上升至900～2650℃进行保温，然后推入空料舟，待进入到第七个空料舟时再推入装料舟，进行还原和碳化，还原时间为1～3小时，碳化时间为15～20h，然后将料推入冷却带进行冷却，得到碳化钨块；
(3)将碳化钨块砸碎，装入破碎球磨筒进行破碎，得到粗碳化钨粉。
2.根据权利要求1所述的粗碳化钨粉的制备方法，其特征在于：配比时，所述碳黑粉末的重量占6.13％。
3.根据权利要求1所述的粗碳化钨粉的制备方法，其特征在于：所述氧化钨粉末的费氏粒度为5～16μm。
4.根据权利要求1所述的粗碳化钨粉的制备方法，其特征在于：所述装进球磨筒体内混合的时间为16～26h。
5.根据权利要求1所述的粗碳化钨粉的制备方法，其特征在于：所述碳化炉的温度按5～10℃/分钟的速度升温。
6.根据权利要求1所述的粗碳化钨粉的制备方法，其特征在于：所述破碎的时间为12～18h。
7.根据权利要求1所述的粗碳化钨粉的制备方法，其特征在于：在步骤(1)完成后，还包括将混合粉末进行原始配碳检测的步骤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130703 |