碳化钨粉的碳化过程及碳化钨粒度的影响因素

碳化钨粉(WC)是硬质合金生产的最主要原料,化学式WC。WC为六方晶体,晶胞结构为非对称结构,其简单六方型结果中每一个晶胞包含2个原子。钨与碳的另一个化合物为碳化二钨,化学式为 W2C,两者晶体结构如图1所示。表面有金属光泽,硬度与金刚石相近,为电、热的良好导体。熔点2870℃,沸点6000℃,相对密度15.63(18℃)。碳化钨性质较为稳定,不溶于水、盐酸和硫酸,但易溶于硝酸-氢氟酸的混合酸中。碳化钨为硬质合金中最常见的硬质相。目前我国为碳化钨粉末最重要的生产国和出口国。
碳化钨结构图片
用金属钨粉和炭黑为原料,按一定比例配成混合料,将混合料装入石墨舟皿中,置于碳管炉内或高中频感电炉中,在一定温度下进行炭化,再经球磨、筛分即得碳化钨粉。生产过程如图2所示,
碳化钨生产流程图片
碳化钨粉的碳化过程是钨粉和炭黑的混合物在一定温度下与含碳气体发生反应,依靠钨粉颗粒表面与含碳气体的反应与碳向钨粉颗粒内部的扩散来实现。
在经过配碳工序后,W粉与C粉机械混合,之后进入碳化工序。目前碳化工序主要有三种碳化炉:碳管炉、钼丝炉和中频炉。
碳管炉:保温不好,耗能大,使用寿命短,但其灵活性好,可适应各个温度段加热环境,即可生产不同粗细颗粒的W粉。
钼丝炉:能耗大,耗电且耗H2。维修成本高,升温周期长(新炉升温需半个月左右时间,旧炉升温需一周,降温需一周),产量小,易坏。最高温度低,所以生产的产品受温度影响受限,只能生产中、细颗粒产品。
中频炉:能耗较前两种碳化炉小,且通N2工作。升温、降温速率快。理论上,中频炉可适应各个温度段的工作环境。
 
影响WC粉粒度的因素:
1)W粉粒度,直接决定WC粒度;
2)碳化温度,影响程度弱于原始粒度。碳化高温作用:破碎细化、烧结长大。当提高碳化温度时,细颗粒的长大加快,中颗粒会长大,粗颗粒不长大略细化;
3)碳化时间:指炉料在高温区停留时间,时间越长(推速慢),WC聚集再结晶会长大;
4)装舟量:粗颗粒的装舟量较多。
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