纳米碳化钨-钴喷雾热转化法

碳化钨钴硬质合金属于脆性材料，其硬度和强度是一对矛盾体，提高合金硬度将导致强度降低，反之提高合金强度导致硬度下降。近年来研究表明：对于给定成分的WC-Co硬质合金，当合金中碳化钨WC相的平均晶粒尺寸减小到1μm以下时，硬质合金的硬度和强度不仅能同时提高，而且提高的幅度将随着WC晶粒尺寸的进一步减小而增加，所以目前大多用WC-Co纳米复合粉为原料制备超细硬质合金。

目前，WC-Co纳米复合粉的制备方法可分为两大类，即机械合金化法和气一固反应法。机械合金化法由于生产效率较低、成本高、易带入其它杂质等原因难于进行工业化生产，因此多采用气一固反应法制备WC-Co纳米复合粉。所谓气一固反应法，即将钨、钴氧化物粉(如CoWO₄、WO₃-CoO或CoWO₄-WO₃等)，在气体的作用下通过气一固反应而形成WC-Co纳米复合粉。

近来，利用气一固反应原理，国外发明了“喷雾热转化法”成功地实现了工业化。该方法首先用钨与钴的盐制成混合溶液，经雾化干燥等工艺制备出钨钴复合氧化物粉末，然后采用流化床技术将氧化物粉末用氢气进行还原，再用CO/H₂进行碳化，最后用CO/CO₂进行去碳处理三步工艺而得到WC-Co纳米复合粉体。其具体包括如下步骤：

称取0.1mol偏钨酸铵、20mmol硝酸钴和0.1mol柠檬酸，溶于100ml去离子水中，配制成澄清的混合溶液；在70℃的水浴中进行络合反应5小时；过滤，在120℃干燥12小时，得到氧化钨-氧化钴前驱体；将氧化钨-氧化钴前驱体在700℃空气气氛下煅烧1小时，得到氧化钨-氧化钴粉体。

将得到的氧化钨-氧化钴粉体置于管式炉中，通氨气氮化，氨气流量控制在3L/min，温度为750℃，升温速率为2℃/min，保温3小时，得到氮化钨-氮化钴粉体。

将12克氮化钨-氮化钴粉体与0.62g碳黑混合，以乙醇为溶剂、碳化钨-钴球为磨介，在辊式球磨机上混合24小时，旋转蒸发干燥，得到W₂N/CoN/C混合粉体，将W₂N/CoN/C混合粉体置于石墨坩埚内，在碳管炉中，气压低于200Pa的真空下，将反应物加热至1000℃并保温3小时，即得WC-Co纳米粉体，平均粒径为120nm。

本方法所制得的纳米碳化钨-钴粉体经1200～1400℃/1h、25MPa热压烧结，相对密度高于97％，说明所制得的纳米碳化钨-钴粉体具有良好的烧结活性，且原料便宜、易得，制备工艺简单、实用，可操控性强，容易实现规模化生产。

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