[发明专利]纳米碳化钨粉末及其制备方法

权利要求书

1.一种纳米碳化钨粉末的制备方法，其特征在于：包括有以下步骤：

(1)凝胶制备：将柠檬酸溶于去离子水，加入仲钨酸铵，加热，搅拌直至凝胶形成；

(2)氧化钨制备：将凝胶干燥，煅烧，得到纳米氧化钨粉体；

(3)氧化钨混合：取纳米蓝色氧化钨与步骤(2)制得的纳米氧化钨粉体进行混合均匀，得到纳米混合氧化钨，纳米蓝色氧化钨与步骤(2)制得的纳米氧化钨粉体的质量比为1:1；

(4)氢气还原：将步骤(3)中的纳米混合氧化钨进行氢气还原，经还原后的得到的钨粉过300目筛网，取筛下物；

(5)粒度分级：将步骤(4)得到的钨粉在气流分级机中进行分级，经分级后所得碳化所需的钨粉；

(6)配碳：将步骤(5)的钨粉进行配碳计算，配碳所用的炭黑为纳米颗粒球形颗粒状炭黑，配碳计算需满足如下公式：

其中Q_C为炭黑的重量，X_C为碳化钨粉的目标总碳含量(％)，Q_W为钨粉的重量，X_O2为钨粉中氧含量(％)；

所述的XC为目标产品碳化钨中的目标碳含量，目标碳含量为6.58％～6.95％的范围；所述X_O2是指使用的钨粉原料中的氧含量，通过定氧仪测出的实测值；

配料计算后即可得每批料所需的钨粉重量和炭黑重量，采用电子秤准确称量相应的钨粉和炭黑重量，钨粉称量精度需高于0.1kG，炭黑称量精度需高于0.5g，并将所称取的物料倒入犁刀配碳机中进行配合均匀；

所述的犁刀配碳机为容积2m³的配碳机，每次配碳的物料总重量控制在1500～2000kG，加料时先将50％钨粉加入设备中，再加入全部称量好的炭黑，最后将剩余的钨粉全部加入，按要求启动设备进行混合20～50min后，从卸料口卸料100～200kG并从加料口重新加入到配碳机中，再次启动设备混合20～30min，按此步骤重复2次，确保配碳均匀，混合结束后按要求卸料，即得用于碳化使用的W+C混合料；

将所述的W+C混合料通过自动装舟设备装入到碳化用的石墨半圆舟皿中，装料重量为8～12kG/舟，采用二次装舟法进行装舟，即先往舟皿中加入半舟皿的W+C混合料，采用压实机压紧，再在舟皿中加入W+C混合料，再次压紧，盖上盖板；

(7)中频碳化：将所述装好舟皿的W+C混合料在卧式中频碳化炉中进行碳化处理；碳化出炉后采用预碎机进行初破碎，破碎后即为碳化钨，颗粒尺寸小于20nm，存放在不锈钢料桶中并在N₂保护状态下保存；

(8)气流破碎：将步骤(5)所得的碳化钨颗粒采用流化床式气流破碎设备进行破碎，破碎介质采用高纯高压N2，纯度大于99.95％，通过调整分级轮的转速2000～3000转/min控制碳化钨粉末的粒度；

(9)合批：将步骤(6)所得碳化钨粉末采用球磨机进行合批，合批的目的是调整碳化钨粉末颗粒的微观表面形貌和松装密度，以增加碳化钨粉末的使用性能，降低后续生产过程中的压制压力；球磨合批球料比为4：1，采用直径为18μm的硬质合金球，合批时间为20min。

2.如权利要求1所述的纳米碳化钨粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中采用全自动十五管还原炉在通氢气氛下对纳米蓝色氧化钨进行还原，氢气流向为逆氢，露点在-30℃以下，流量控制在35～50m³/h，装舟量为800～1400g/舟，双层舟皿装料，料层厚度不超过30mm，推舟速度为15～25min/舟，采用五带控温法，最高还原温度控制在900～1050℃。

3.如权利要求1所述的纳米碳化钨粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤(7)中碳化过程中采用纯度为99.95％以上的N₂保护，流量为0.5～1.0m³/h，采用三带控温法，最高碳化温度设定为1600～1850℃，推舟速度为20～40min/舟。

4.如权利要求1所述的纳米碳化钨粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中仲钨酸铵和柠檬酸的摩尔比为1：20～23，升温至70～90℃，搅拌8～14h。

5.一种纳米碳化钨粉末，其特征在于：采用如权利要求1-4一项所述的纳米碳化钨粉末的制备方法制得，其粒度控制在15～20nm，孔隙度0.55～0.65，松装密度2.80～3.20g/cm³，总碳CT：6.24～6.34％，化合碳CC≥6.18％，游离碳含量Cf≤0.04％，氧含量O≤0.15％，粉末微观表面形貌为类球形碳化钨粉末。