[发明专利]超细钨粉的制备方法

说明书

本发明涉及一种超细钨粉末的制备方法，将表面活性剂溶于去离子水或蒸馏水制得溶液，将仲钨酸铵加入到溶液中；将HNO₃在机械搅拌和超声条件下加入上述溶液中进行化学沉淀反应，形成悬浮液；将无水乙醇加入悬浮液中继续反应，整个反应过程中机械搅拌和超声处理均处于工作状态且其转速和功率保持不变，将反应后的悬浮液进行过滤并用无水乙醇清洗所获得的沉淀物；在管式炉中用纯净的氢气在较低的温度下保温进行第一步还原，然后升温到较高的温度并保温进行第二步还原得到超细钨粉末。本发明使得到的钨粉的平均晶粒尺寸达到10～45nm，并且晶粒尺寸分布均匀性良好。为后序烧结获得细晶高致密的钨基合金打下了良好的基础。

技术领域

本发明提出了一种在湿化学法中施加表面活性剂和超声处理来制备超细(≤50nm)钨粉末的技术，属于粉体制备工程技术领域。

背景技术

钨由于其较高的熔点(3410℃)和优异的物理化学性能而得到了广泛的应用：如太空飞船和飞机引擎的零件、燃气舵控制组件、火箭的前椎体、接触插塞、散热片等等。而由传统粉末冶金方法烧结微米尺寸的钨粉时很难烧结致密化，通常需要很高的烧结温度和很长的烧结时间。而近年来发展的活化烧结则是提高致密度的有效途径，包括添加活化金属元素(如Fe、Ni、Cu等)和使用超细钨粉。但是通过添加活化金属元素往往会导致合金密度的严重下降，这大大限制了此类材料的广阔应用。因此为了在较低的温度下获得高致密度的钨合金，唯一可行的方法就是使用超细的钨粉。

制备超细钨粉的传统方法主要包括：(1)高能球磨法(2)氧化钨氢还原法(3)溶胶-凝胶法(4)冷冻干燥法(5)循环氧化还原法(6)液相化学法。虽然高能球磨法由于其低成本和高产量而备受青睐，但是该工艺不能很好的控制粉末的尺寸、形状和分布。同时，球磨法也会导致粉末表层结构中引入大量缺陷、晶体结构发生破坏、引入杂质元素等等。而其他的方法相比高能球磨法，制备的粉末的纯度、粒径均有所改善，钨晶粒的形状也得到了很好的控制。但是，合成的粉末粒径依然是亚微米尺寸的，并且晶粒尺寸分布均一性较差，仍待进一步改善。

在传统的液相化学法中添加表面活性剂可以使晶核带有相同电荷而产生排斥作用，可以阻止其进一步的团聚长大，起到细化晶粒的作用。此外，表面活性剂的位阻效应使原本亲和的纳米颗粒表面隔开，阻止了相互团聚，为制备均匀分散、细晶前驱体粉末提供了可能。同时，表面活性剂的使用可使晶粒的表面发生改性，可有效的控制其表面形貌。而超声空化作用产生的高温高压环境为体系提供了能量去克服微小颗粒形成时来自界面能的成核能量势垒，使得晶核生成速率提高几个数量级；同时,空化作用在固体颗粒表面产生的大量微小气泡会干扰构晶离子的有序排列，阻碍晶核进一步长大。此外，超声空化产生的高压冲击波和微射流起到的粉碎、乳化、搅拌等机械效应，在一定时间内能有效阻止晶核的生长与团聚，使微小颗粒分布更均匀。

针对以上研究现状，本发明提出了在原始液相化学法的基础上施加超声处理和表面活性剂来制备超细钨粉。

发明内容

本发明通过在湿化学反应过程中施加表面活性剂和超声处理来制备超细钨粉。该技术能够使得到的钨粉的平均晶粒尺寸达到10～45nm，并且晶粒尺寸分布均匀性良好。为后序烧结获得细晶高致密的钨基合金打下了良好的基础。

具体技术方案如下:

一种超细钨粉末的制备方法，包括以下步骤：

(1)将表面活性剂溶于去离子水或蒸馏水中，用机械搅拌和超声处理使其分散、溶解，制得溶液，然后将仲钨酸铵(APT)加入到制备的溶液中；

(2)将浓度为65％～68％HNO₃在机械搅拌和超声条件下加入上述溶液中进行化学沉淀反应，形成悬浮液；

(3)将无水乙醇加入悬浮液中继续反应，整个反应过程中机械搅拌和超声处理均处于工作状态且其转速和功率保持不变，将反应后的悬浮液进行过滤并用无水乙醇清洗所获得的沉淀物；