纳米碳化钨之制备良策

纳米碳化钨因其兼有高硬度和高强度的特性而成为硬质合金的主要材料。制约纳米碳化钨钴硬质合金发展的两个难题是纳米碳化钨粉制备上的困难和碳化钨颗粒在液相烧结时的快速长大。

纳米碳化钨粉制备上的困难实际上就是控制氧化钨“挥发-沉积”上的困难。目前，碳化钨粉制备方法主要是氧化钨氢还原/碳化法，其还原过程中，会有大量的水蒸汽产生，水蒸汽会加速氧化钨的挥发，最终难以制成纳米碳化钨粉。鉴于此，制备纳米碳化钨粉的关键是抑制氧化钨的挥发。

在碳化过程中，细颗粒碳化钨在液相烧结时会快速长大，所以亚微米以下的WC-Co硬质合金在烧结时必须添加晶粒长大抑制剂，一般为过渡族金属碳化物，其中抑制效果最好的是Cr₃C₂和VC。抑制剂的抑制效果与其粒度和分布状态密切相关。因此，有学者提出一种碳辅助氢还原/碳化法制备纳米碳化钨粉。在氢还原法制备钨粉的过程中加入少量的碳和氧化钨挥发抑制剂，利用碳与水蒸汽反应降低水蒸汽对氧化钨挥发的影响，以及抑制剂对氧化钨挥发的抑制作用，最终显著降低钨粉的粒度，方案的过程主要内容有：

称取偏钨酸铵180g、无水葡萄糖20g、硝酸铬1.5g，溶于80℃的去离子水中，待原料充分混合后，采用喷雾干燥的办法制备出还原所需的前驱体。将前驱体粉末放入管式气氛炉中，通入氢气进行还原，还原温度为780℃，升温速率10℃/min，时间为2h。还原结束后，在氢气气氛下对钨粉进行高温退火，退火温度为1000℃，退火时间3h。对高温退火后的钨粉进行配碳，配碳比为6.21wt.%，在犁刀配料器中混合均匀，然后在管式气氛炉中进行碳化，碳化条件为氢气气氛保护，碳化温度为1100℃，碳化时间为4h，碳化结束后，在粉末出炉前改通氩气30min进行钝化处理。所得粉末为纳米级碳化钨粉，在电子显微镜下可观察到纳米碳化钨粉的粒径为76nm。

采用上述方法制备出的碳化钨颗粒粒径为60~90nm，而且团聚并不严重，经破碎后可得到无团聚的纳米碳化钨粉。还原后的尾气是水煤气，尾气较少时可以直接烧掉，尾气量较大时，可以收集起来作为燃料使用，并不会对环境造成污染。因此采用碳辅助氢还原/碳化法来制备纳米碳化钨粉可以有效地推进纳米晶WC-Co硬质合金发展。

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