超细硬质合金的制备
导读:碳化得到的WC-C。复合粉保持了与原始粉末相同的形貌,但每一颗粒的大小则减小50%左右。在此过程中,最终粉末微观结构的尺寸范围可在纳米级和微米级之间控制,主要是靠调整碳化反应的温度、时间和气相中碳的活度。
超细硬质合金的研究和发展是为了解决难加工材料的加工问题,以及制造印刷线路板的微钻,点阵打印机用的打印针和精密模具。由于超细硬质合金具有结构均匀,韧性高、耐磨性强及抗弯强度好等优异性能,它们将随着现代加工材料的增加和电子工业的发展得到进一步发展。
目前,制取超细硬质合金的主要方法是先制备出超细钨粉,然后加炭进行碳化获得超细或亚微细的碳化钨粉末,再与超细钻粉混合。也有采用直接从含钨化合物中进行碳化制取超细碳化钨再同钻粉混合的方法。为了阻止WC晶粒的长大,常常在碳化钨钻粉中加入Ta、Nb、Cr、V等元素。
欲获得超细硬质合金,还须将超细碳化钨粉同超细钻粉混合起来。混合料通常在球磨机进行球磨混匀和磨碎。由于超细碳化钨粉和超细钻粉具有团聚特点,这就造成碳化钨粉和钻粉难以混合均匀从而影响生产成本和产品质量。如果能用复合粉的方式直接制取超细WC-C。粉,则可以克服上述的不足,采用W-C。盐制取WC-C。复合粉的工艺不但可大大简化混合料制备工艺,提高生产率,改善劳动条件,而且还可提高金属回收率,降低物料和电能的消耗。
在利用钨钻复合化合物制取碳化钨钻复合粉的各种工艺中,用流化床还原碳化法制备纳米结构(超细晶粒)碳化钨钻复合粉最具前景。该方法是利用流化床内介质
流态化的特性,使化学均匀的钨钻复合物在流化床内连续地还原碳化,最终获得分布极为均匀粒度极细小的碳化钨钻复合粉末。
1、原始粉末制备
最早作实验研究用的含钨钻化合物是单一化合物钨酸乙胺钻,用此化合物经热化学转变获得了WC-23wt%Co。这就是热化学处理均匀粉末形成纳米结构WC-C。粉末的源头。不过当时这种处理每次只能获得几克的量。
为了把成分范围扩大到商品化的含Co(3~3Owt%)范围,采用快速喷雾干燥W和Co盐的水溶液,就可获得具有广泛适应性的化学均匀的原始粉末。在喷雾干燥的过程中,溶剂在热气流中迅即汽化,这就使溶质混合物快速沉积。如果沉积的速度足够高的话,溶质相分离就能避免。
2、流化床技术的采用
在固定床和推舟情况下,维持粉末层具有均匀温度和使穿过粉末层的气体渗透率保持一定是其固有的难题。但是,采用流化床反应器技术来克服这个缺陷却是相当容易的。流化态是指原始粉末颗粒在流动气流中不停的飘动翻滚。在这种床体中颗粒进行着大循环,每一颗粒都受到均匀的气流作用,均匀的床温为在粉末床中控制化学反应提供了一个一致的环境。因此,流化床反应器对于粉末的热化学转变是理想的装备。此外,流化床处理是一种被证明了的可以规模化生产的技术。
3、原始粉末的碳化
喷雾干燥含钨和钻盐的原始粉在流化床中碳化成WC-C。复合粉末,实质上都经过了两个阶段。第一阶段是钨钻盐的分解,形成高比表面、反应性强的中间产物-金属钨-钻复合粉。第二阶段是钨钻复合粉的碳化过程。碳化得到的WC-C。复合粉保持了与原始粉末相同的形貌,但每一颗粒的大小则减小50%左右。在此过程中,最终粉末微观结构的尺寸范围可在纳米级和微米级之间控制,主要是靠调整碳化反应的温度、时间和气相中碳的活度。
制备超细硬质合金是一种新技术,从原料到成品质量控制要求都相当严格.即便获得了超细硬质合金粉末,要想烧结出高质量的超细晶粒的硬质合金也还是相当不容易的。从制备超细硬质合金粉方面来说,制备方法很多,且还在不断创新。就拿流化床制备纳米(超细)WC-C。复合粉来说,由于晶粒的细小导致在烧结过程中WC晶粒的长大更容易。如何在制备复合粉的同时,将具有晶粒抑制作用的钒、铬、妮等元素加进去,使其也以纳米级的尺度分散,并与W同时碳化,又不致造成WC晶粒长大就是一个尚需解决的难题。尽管如此,随着科学技术日新月异的发展,总是会找到解决难题的办法,且将开发出更新更完善的技术。
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