碳化钨粉生产制备有哪些方法?
1、碳化钨粉生产制备法-程序升温气固反应法
以钨酸为钨前驱体,甲烷为碳源和还原性气体,制备了超细碳化钨粉末。其中,在程序升温碳化法中,升温程序为在30min之内升温到500℃,升温速率18℃•min-1,然后20min由500℃升到800℃,升温速率为10℃•min-1,在设定温度下反应12h,在甲烷保护下自然降至室温。
2、碳化钨粉生产制备法-还原碳化两步法
即由含钨前驱体先制备出W粉,再与含碳的物质进行碳化生成WC粉末。
3、碳化钨粉生产制备法-还原碳化一步法
即含钨的前驱体(如WO3)直接被还原碳化生成WC粉末,该方法一般需要制备较高活性的钨前驱体。采用直接还原碳化的连续过程能缩短工艺流程,提高超细碳化钨粉末生成的效率,同时得到的超细碳化钨及其合金粉末具有更好的均一性和更小的粒径。
4、碳化钨粉生产制备法-间歇微波加热法
加0.3g钨粉末到30%H2O2、异丙醇和水的混合物中,过夜,加入0.7gXC-72碳粉末,超声处理可得到均匀的混合物液体,干燥,采用间歇式的方法在微波炉中加热几分钟便可得到碳化钨纳米晶体。
5、碳化钨粉生产制备法-气相法
(1)化学气相沉积法:采用等离子体增强化学气相沉积装置,以氟化钨(WF6)、甲烷(CH4)和氢气(H2)为原料气体,氩气(Ar)为载气,各气体的流量分别由单独的流量计控制,基底采用金属镍片,基底分别用丙酮、去离子水、乙醇以及去离子水超声波清洗,吹干后放入反应室。在化学气相沉积前先在热气氛下通30min的100mL氢气,以去除基底表面上的氧化物。化学气相沉积后的样品在氮气中随炉退火处理。采用氟化钨和甲烷为前驱体,采用等离子体增强化学气相沉积方法制备直径为20~35nm的圆球状纳米碳化钨薄膜。
(2)固定床化学气相法:称取适量的纳米WO3粉体,将其均匀放在石英反应舟内,并将石英反应舟置于高温不锈钢管式反应器(ψ90cm)中,再将不锈钢反应器置于管式电阻炉中。从540℃升温至660℃,此时是H2还原纳米WO3阶段。当温度逐渐升高至660℃保温阶段时,H2流量应调节使之增加,增大H2流量有利于带走水蒸气,使反应过程顺利进行。当反应经过660℃保温1.5h后,石英反应舟内的纳米WO3粉体完全被还原为纳米α-W粉体。此时降低H2流量,打开乙炔气阀,控制乙炔流量,反应进入碳化阶段。升温至800℃,并在800℃下保温4h。碳化过程结束以后,石英反应舟内的纳米α-W粉体基本转变为纳米WC粉体,此时关闭乙炔阀门,并降低H2流量。持续通入微量高纯H2至不锈钢反应器冷却到室温。
(3)化学气相冷凝法:以高纯CO载气通过含有W(CO)6前驱体的蒸发器,载气流速1200mL/min,蒸发器温度控制在120℃,然后载气携带前驱体蒸气在管式反应炉600~800℃的温度范围下,CO气体分解为CO2和C,1000℃左右W和C化合生成了纳米碳化钨,最后在收集室里即可得到WC。
(4)气相碳化法:以WO3作原料,甲醇作为碳源。在Co/Fe催化剂的作用下,在450~950℃的温度下反应1.5~4h即得到纳米级WC。采用甲醇低温催化裂解,甲醇通过液泵流量计进预热管道,预热管温度控制在300~420℃。将甲醇预热汽化后,送入催化裂解器,在420~550℃即可使甲醇气裂解,得到所要的反应气氛CO和H2;CO和H2与纳米WO3粉反应1.5~4h,脱去氧原子,生成纳米WC。
6、碳化钨粉生产制备法-液相法
取开口纯净多壁碳纳米管(平均内径50nm,外径100nm,长度约为200μm),浸入20mL五水仲钨酸铵溶液[(NH4)10W12O41•5H2O]中(pH≈5),在80℃时剧烈搅拌20min,得到的溶液在室温下自然蒸发。然后放置过夜,温度控制在120℃进一步干燥,最后在350℃时煅烧2h就形成了碳化钨前驱体。Chemicalbook在真空条件下,温度控制在1000~1300℃处理前驱体,即可得到一维碳化钨纳米结构材料。
7、碳化钨粉生产制备法-固相法
(1)超临界CO2热处理法:将1.0g钨粉(纯度99%,平均直径2μm),2.3g金属钠(纯度98%),10.0g干冰(纯度>99%)分别放入高压釜里。然后将密封好的高压釜放入加热炉中,以10℃/min的升温速率升到600℃后恒温20h,再将高压釜冷却到室温,得到黑色固体产物,用稀盐酸处理黑色固体产物中的碳酸钠,然后热处理得到NaOH溶液,最后将样品用蒸馏水洗涤,80℃干燥2h,得到0.2g产物。
(2)燃烧法:将原料蓝钨,叠氮化钠和碳黑混合。将反应物在陶瓷研钵中研磨均匀,然后压入不锈钢圆筒中。钢板圆筒的直径50mm,壁厚1mm,高度60mm。反应球重约150~170g。燃烧反应实验室通常压力在2.5MPa氩气下进行。将反应球放在反应物里,然后点燃小球顶盖上的Ni-Cr金属导线进行燃烧反应。
(3)喷雾热转换法:采用温度250~350℃,高压2.5~3.5MPa超速空气喷雾热转换法,先制成纳米级WO3氧化物粉末,用氢气420~500℃还原成WO2.9蓝钨粉末,再用超高速层间剪切破碎机,进一步将蓝钨颗粒破碎,并经高速旋液分级机进行粒度分级,将纳米蓝钨颗粒料浆用连续式离心机沉降分离,大颗粒蓝钨粉返回超高速层间剪切机继续剪切破碎;在蓝钨剪切破碎过程中加入酚醛树脂隔离剂,将纳米蓝钨颗粒包覆,在两端进H2,中段抽气排水的还原炉中700~740℃还原出平均粒径≤80nm的钨粉,然后将纳米级钨粉与纳米碳黑粉混合,同时再加入酚醛树脂隔离剂,在超高速层间剪切机中混合制成碳化料浆,再经离心干燥后,在980~1000℃低温碳化,出炉后经高速层间剪切机破碎桥接团粒,然后旋液分级,连续式离心沉降、离心分离酒精、烘干、工频气流振动筛,过15μm筛,可制成平均粒径≤90nm的WC粉,颗粒形状为近球形。
(4)催化法:将沸石-HX,-NaX,样品KX和WO3样品在He(99.99%)气氛200℃加热2h,然后用CO(99.99%)以100mL/min和He(99.99%)20mL/min在300~750℃与样品进行还原碳化反应。这样CO与WO3就可以在较低温度下生成WC。
(5)直接还原碳化法:采用WO3粉末和碳粉在还原性气氛中直接还原碳化。反应在氧化铝包埋装置中进行。
8、碳化钨粉生产制备法-热分解法
在一定的表面活性剂中制得前驱体,然后在适当的温度下焙烧前驱体使其分解获得一维纳米材料,是一种不需要模板、比较简单的方法。如:将PW(H3PW12O40)水溶液和CTAB(C13H33N(CH3)3Br)水溶液混合得到白色沉淀物[C21.95H41.19N1.33]3PW12O40。在1000℃将该沉淀物直接热分解10h,得到WC纳米棒和WC纳米片。
9、碳化钨粉生产制备法-磁控溅射法
将载气激发为等离子体轰击靶材而在基底上生长出特定的纳米结构的一种方法。如:在Si(110)基底上磁控溅射沉积的WCX膜进行热处理,得到了W2C纳米线。
10、碳化钨粉生产制备法-爆炸式加热法
一种通过控制升温速率使反应物在极短时间内从低温升到高温从而得到纳米结构的一种特殊方法。如:控制石墨与钨粉的混合粉末在辐射炉中以极快的升温速率(一秒钟从室温升到1900℃)加热并保温30min,最后冷却到室温。
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