中國粉體網(wǎng)訊 碳化鎢(WC)是硬質(zhì)合金和金屬陶瓷的重要原料，WC粉末的粒徑基本上決定了硬質(zhì)合金和金屬陶瓷的力學性能。隨著WC粉粒徑的減小，硬質(zhì)合金和金屬陶瓷的性能顯著提高；特別是當WC粉末的粒徑降低到納米級時，材料的強度、彈性模量和耐磨性等都得到顯著提高，而且其韌性得到改善。
WC粉末的粒徑越小，材料制備過程中所需的燒結時間就越短，同時致密化所需的溫度也就越低，如納米WC粉末在500°C開始致密化，而亞微米結構的WC粉末則在1200°C才開始致密化。所以，制備出粒徑小于100nm的WC粉末可為其后續(xù)燒結過程奠定良好的基礎。
超細及納米WC粉末的制備
近年來制備超細或納米WC粉末的方法主要有：機械合金化法、直接還原碳化法、溶膠凝膠法、氣相碳化法、固定床化學氣相法、等離子體法等。
1 機械合金化法
柳林等采用機械合金化法，先將W粉與C粉按原子比1：1混合后，放入鋼管中并通入氬氣，然后選用直徑為12mm的WC磨球，采用球料比為18：1，最后在行星式球磨機上進行高能球磨，通過該方法獲得了平均晶粒尺寸為7.2nm的WC粉末。馬學鳴等利用機械合金化技術，將粒度約為75μm的W粉和C粉按原子比1：1混合，選用的球料比為30：1，在QM-1F行星式高能球磨機上進行球磨，球磨100h后，獲得平均晶粒大小為11.3nm的WC粉末。
2 直接還原碳化法
制備超細WC粉末的還原碳化方法可以分成兩大類：(1)還原碳化兩步法：第一步是從含W的前驅(qū)體中分解和還原制備出W粉；第二步是將W粉與含C的物質(zhì)混合并加熱到高溫，通過化學反應碳化生成WC粉末。采用這種方法最初是將W粉和C粉混合后在高溫(1400-1600℃)下反應化合生成WC粉末。(2)還原C化一步法即直接還原碳化法：將含W的前驅(qū)體與含C物質(zhì)混合后在高溫下直接還原碳化生成WC粉末。采用這種方法不僅提高了WC粉末的生產(chǎn)效率，而且獲得的WC粉末分布更加均勻和晶粒更加細小。
羅崇玲等采用直接還原碳化法獲得了晶粒大小為15-30nm的WC粉末。制備方法如下：以WO3和C為原料，首先對WO3和C的混合料進行濕磨，其中C與W原子比大于1，隨后將濕磨后漿料進行噴霧干燥，然后以N2作為保護氣體，在高溫(1000-1100℃)下還原碳化制備出WC粉末和過量C的中間產(chǎn)物，最后將含碳量調(diào)至(6.13±0.05)％。孫鵬采用包埋-直接還原碳化法獲得納米碳化鎢粉末。還原以及化合反應在A12O3包埋裝置中進行，在高溫時該裝置能夠提供還原性氣氛，從而避免WC被氧化。先對原料WO3和C進行高能球磨預處理，然后在1300℃保溫3小時進行合成反應，最后再對反應產(chǎn)物進行高能球磨再處理，在球磨40h后制備出晶粒大小為26nm的WC粉末。
3 溶膠-凝膠法
熊仁金等采用溶膠凝膠／原位碳化法制備出納米碳化鎢粉末，制備步驟如下：先 將雙氧水(H2O2的質(zhì)量分數(shù)為30％)加入到W粉(200目)中，以冰醋酸和無水乙醇作為穩(wěn)定劑，先制備出黃色的鎢溶膠，并通過蒸發(fā)除去多余的水分，然后加入溶有酚醛樹脂的無水乙醇，經(jīng)過超聲混合后得到含W源和C源的溶膠，將其陳化后得到凝膠，最后以H2和AR作為保護氣體，再900℃碳化，制備出晶粒大小10.2nm的WC粉末。
4 氣相碳化法
日本的光井彰利用氣相碳化法獲得了納米碳化鎢粉末，他以WCl6為W源，以CH4為氣相C源，在高溫下(1300-1400℃)下通過化學反應，制備出晶粒大小為20-30nm的WC粉末，并對反應物-生成物體系之間的晶粒大小關系以及反應的溫度進行了較為詳細論述。日本東京鎢公司申請了以WO3作為W源和以CO為碳化氣體的直接碳化法制備超細WC粉末的專利，其制備出的WC粉末的粒度以及含C量都能控制。
5 固定床化學氣相法
李繼剛等采用固定床化學氣相法成功制備出15nm左右的WC粉末。以納米WO3作為W源，用乙炔作為C源，制備步驟如下：將納米WO3放入石英反應舟中，然后將該舟放入高溫不銹鋼管式反應器中；抽真空后通入H2，在660℃保溫1.5h后，納米WO3粉末被全部還原成納米á-W粉，然后減少H2的流量，并通入乙炔，升溫至800℃保溫4h，納米á-W粉末轉變?yōu)閃C粉末。
6 等離子體法
制備超細／納米WC粉末還有一種常用的方法：等離子體法，利用等離子體作為熱源，其溫度可達4000～5000℃，在這樣的高溫下，粉末原料將發(fā)生分解和反應，生成所需的產(chǎn)物。該方法一般采用WO3，WC或W作為W源，以CH4作為C源，反應后主要生成β-WC或W2C，日本的龜山哲也等的研究表明：當CH4與WC的摩爾比大于15時，β-WC的質(zhì)量分數(shù)為90％-95％，粉末粒徑約10nm。TEM觀察β-WC晶粒大小為5-20nm，具有良好的分數(shù)性。
參考文獻：
王永. 純碳化鎢的制備工藝與性能
傅小明. 納米碳化鎢的制備技術及研究現(xiàn)狀
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