用電爆絲方法合成碳化鎢

近日，俄羅斯科學院的研究團隊在本研究中，通過電爆絲（EEW）方法合成雙峰鎢粉，研究了EEW雙峰鎢粉的滲碳過程，並成功地製備了碳化鎢（WC）粉末。

WC由於其不尋常和獨特的物理和機械性能，一直都備受關注。WC的特點是熔點高、硬度高、斷裂韌性高、摩擦係數低、化學惰性高、抗氧化和抗腐蝕能力強、導電性好。WC在工業中用於生產切割和衝壓工具、採礦工具、鑽探工具和耐磨應用，以及異質氧化綠色催化劑、氫進化和氧還原反應、電催化、燃料電池、石油加工等。

現在，通常使用粉末注射成型（PIM）技術生產耐磨部件、刀具、非鐵合金，而這一技術要求有高度分散的WC粉末。

合成WC粉末的工藝有很多，但是所有工藝都具有一個共同點：由前驅體形成金屬鎢，然後進行滲碳處理。在許多情況下，WC粉末是通過與碳混合的鎢粉末的直接滲碳來生產。這個過程十分耗時，而且通常需要長時間保持高的滲碳溫度。

鎢和碳的相互作用通常以固-固反應的方式進行，其中碳會擴散到金屬顆粒中，然後是試劑的化學反應，可以形成鎢半碳化物W₂C。進一步的滲碳會使得W₂C轉變為WC。

與微米級顆粒的反應相比，納米顆粒的化學反應以更高的速度進行，並在較低的溫度下開始。納米鎢的特性使其能夠通過直接滲碳製備WC。納米材料有許多表面原子，使其具備高的表面活性，並表現出高反應性。

在PIM技術中，顆粒大小影響著生產過程和最終部件的性能。使用的粉末越細，零件的特性就越好。這是因為零件表面粗糙度越低，減小孔隙尺寸，會使得材料的密度更高。

然而，顆粒大小的減少也會導致粉末的物理和機械性能發生重大變化。納米粉末具有低流動性和高氧化活性；它們以多孔結塊的形式存在，相互之間和微粒子之間的混合很差。只有用幾乎相同大小的脫粒顆粒才能形成相對均勻的混合物。

微粒子和納米粒子按一定比例組成的組合（雙峰材料）是比較合適的材料。在雙峰材料中，納米顆粒填補了亞微米級顆粒之間的空隙，導致材料的低孔隙率。使用雙峰組合物還可以改善零件的機械性能，如微硬度和拉伸強度。同理，使用WC雙峰粉末的組合物也會產生類似的效果。

現在，雙峰粉末主要通過粉末混合獲得，目前暫時無法進行大規模生產。生產金屬、合金和陶瓷粉末的有效方法之一是EEW。這種方法用途廣泛，廢物少，對環境友好。EEW的主要優點是可以生產低聚集的雙峰粉末。與微/納米粉末混合物不同，所產生的粉末是均質的，不會發生分離。

近日，該研究團隊通過兩階段工藝成功地製備了雙峰碳化鎢粉末：電爆絲合成雙峰鎢粉末，然後再進行滲碳反應，獲得的WC粉末中的碳含量非常接近理論值。因此，二元鎢粉的滲碳過程可能提供一個低成本和高效率的途徑來製備各種應用的WC粉末。

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