等离子弧制备球形钨粉方案

钨是一种重要的战略物资，广泛应用于碳化钨刀具、电灯丝、工具钢添加剂、火箭、宇宙飞行器、核反应堆等领域。

随着科学技术的发展，对原料钨粉也不断提出新的特殊要求，近年来，随着多孔钨材料、热喷涂以及粉末冶金注射成型等的发展，球形态超细钨粉的需求与日俱增。采用超细球形钨粉制备的多孔钨基体能够提供均匀的连通孔结构，可以为发射物质钡提供充足的储存空间和迁移通道，这样就可以有效地提高发射电流密度，提升整个阴极组件 的性能，促进现代微波电真空器件的发展。在热喷涂领域，球形钨粉不仅流动性好，而且得到的涂层更均匀、致密，因而产品具有更好的耐磨性。在粉末冶金工艺中，因球形钨粉的压坯在烧结过程中收缩非常均匀，可实现良好的尺寸控制。用球形钨粉制造的火箭喷嘴衬套，在热应力下 具有良好的抗断裂性和抗腐蚀性，总之，球形钨粉其优点不胜枚举。

传统制备超细钨粉一般是通过氢还原工艺来完成。先将钨酸盐经煅烧转化成氧化钨，然后氧化钨再在氢气氛下还原为钨粉。通过减少还原料层的厚度、降低还原温度和增加还原氢气的流量等，在传统的推舟式炉或转炉中生产细钨粉。但是，这种工艺涉及步骤多，生产周期长，难于效率制备超细球形钨粉。

等离子弧是20世纪30年代发展起来的一种新型热源，经过几十年的发展，已成为一项完善的技术，广泛应用于工业生产。其中高频等离子体由于无电极，等离子炬非常纯净，而且其等离子气的流速较小，加热效率较高，特别适合制备纯度高、粒度小且粒度分布均匀的超细粉末。采用此方法制备超细球形钨粉，其需要经过以下过程：

通过调节等离子体参数，高频机输出功率为33KW，中气和边气均采用Ar，中气流量为 2m3/h，边气流量为5m³/h，H₂流量为0.8m3/h，NH₃流量为0.8m3/h，建立稳定的高频Ar+NH₃+H₂ 混合气等离子体，利用NH₃和H₂做载气，将原料APT加入稳定运行的等离子体弧中，APT 的粒径为100μm，加料量为20g/min，冷却室不锈钢套管内通逆向冷却水，冷却室上部通气法兰切向通冷却气，冷却水进水温度15℃，冷却气采用惰性气体Ar，流量为6m³/h。反应时间3h，还原结束后通保护气体对产品进行保护，防止产品高温下被 氧化，所采用的保护气体为惰性气体，无需经特殊的钝化气体处理。反应器冷却后在收料器中收集制得的超细球形钨粉。

采用高频Ar+NH₃+H₂混合气等离子体的优点在于等离子体弧柱体长而粗，柱体饱满，尾焰无缺口，能稳定运行2小时以上而不灭弧，用之于还原仲钨酸铵以制备球形纳米钨粉， 与普通高频Ar+H₂等离子体相比，克服了弧柱体收缩，尾焰存在缺陷，反应时间短的问题，最终产品为纳米或超细球形钨粉；与传统的仲钨酸铵多步氢还原工艺相比，不仅产品为球形纳米钨粉，另外不需经过煅烧和其它中间工艺的处理，工艺流程短，缩短了生产周期，操作连续稳定，提高了生产效率，适合工业化生产。

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