納米碳化鎢之縮小良策

納米碳化鎢因其兼有高硬度和高強度的特性而成為硬質合金的主要材料。制約納米碳化鎢鈷硬質合金發展的兩個難題是納米碳化鎢粉製備上的困難和碳化鎢顆粒在液相燒結時的快速長大。

納米碳化鎢粉製備上的困難實際上就是控制氧化鎢“揮發-沉積”上的困難。目前，碳化鎢粉製備方法主要是氧化鎢氫還原/碳化法，其還原過程中，會有大量的水蒸汽產生，水蒸汽會加速氧化鎢的揮發，最終難以製成納米碳化鎢粉。鑒於此，製備納米碳化鎢粉的關鍵是抑制氧化鎢的揮發。

在碳化過程中，細顆粒碳化鎢在液相燒結時會快速長大，所以亞微米以下的WC-Co硬質合金在燒結時必須添加晶粒長大抑制劑，一般為過渡族金屬碳化物，其中抑制效果最好的是Cr₃C₂和VC。抑制劑的抑制效果與其細微性和分佈狀態密切相關。因此，有學者提出一種碳輔助氫還原/碳化法製備納米碳化鎢粉。在氫還原法製備鎢粉的過程中加入少量的碳和氧化鎢揮發抑制劑，利用碳與水蒸汽反應降低水蒸汽對氧化鎢揮發的影響，以及抑制劑對氧化鎢揮發的抑制作用，最終顯著降低鎢粉的細微性，方案的過程主要內容有：

稱取偏鎢酸銨180g、無水葡萄糖20g、硝酸鉻1.5g，溶於80℃的去離子水中，待原料充分混合後，採用噴霧乾燥的辦法製備出還原所需的前驅體。將前驅體粉末放入管式氣氛爐中，通入氫氣進行還原，還原溫度為780℃，升溫速率10℃/min，時間為2h。還原結束後，在氫氣氣氛下對鎢粉進行高溫退火，退火溫度為1000℃，退火時間3h。對高溫退火後的鎢粉進行配碳，配碳比為6.21wt.%，在犁刀配料器中混合均勻，然後在管式氣氛爐中進行碳化，碳化條件為氫氣氣氛保護，碳化溫度為1100℃，碳化時間為4h，碳化結束後，在粉末出爐前改通氬氣30min進行鈍化處理。所得粉末為納米級碳化鎢粉，在電子顯微鏡下可觀察到納米碳化鎢粉的粒徑為76nm。

採用上述方法製備出的碳化鎢顆粒粒徑為60~90nm，而且團聚並不嚴重，經破碎後可得到無團聚的納米碳化鎢粉。還原後的尾氣是水煤氣，尾氣較少時可以直接燒掉，尾氣量較大時，可以收集起來作為燃料使用，並不會對環境造成污染。因此採用碳輔助氫還原/碳化法來製備納米碳化鎢粉可以有效地推進納米晶WC-Co硬質合金發展。

• < 前一頁
• 下一個 >