CN103286321B - 一种金属钨超细粉体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金属钨超细粉体及其制备方法。其技术方案是：将12~25wt%的钨酸钠粉体、1.5~5.0wt%的金属铝粉体和70~86wt%的卤化物粉体混合均匀，制得混合物；将混合物置入管式电炉内，在氩气气氛下以2~8℃/min的升温速率升至600~1100℃，保温3~6小时，再将所得产物放入浓度为2.0~4.0mol/L的盐酸中浸泡3~8小时，过滤，用去离子水清洗至清洗液为中性，然后在110℃条件下干燥10~24小时，即得金属钨超细粉体。本发明具有合成工艺简单、合成过程易于控制、反应温度低、产率高和生产成本低的特点；用该方法制备的金属钨超细粉体的颗粒粒径分布均匀、活性高、颗粒团聚小、纯度高和产业化生产的前景大。
Description
技术领域
本发明属于重金属超细粉体技术领域。具体涉及一种金属钨超细粉体及其制备方法。
背景技术
钨粉不仅是硬质合金的主要原料．而且也是钨基合金的主要原料，其应用涉及机械加工、矿山开采、地质钻探、建筑工具、灯泡照明和军事工程等领域。为了不断地提高含钨材料的性能，将粉末细化是一种趋势，以制备性能更加优异的产品。超细钨粉具有广阔的市场前景，已成为许多高科技领域不可缺少的材料，如微电子工业、精细化工、表面技术和航空航天工业等领域对超细钨粉有很大的需求。
目前，超细金属钨粉制备的方法主要包括高能球磨法、WO3氢还原法、卤化钨氢还原法、钨酸盐氢还原法、熔盐电解法、等离子体法和自蔓延高温还原法等。这些方法虽有各自优点，但都存在一定的不足。利用高能球磨工艺将粉末磨至亚微米级甚至纳米级超细粉体，球磨时间往往需要数十小时或更长，随着球磨时间的延长，球耗、能耗等成本相应增加，磨机生产能力下降，且在球磨过程中容易导致杂质夹带掺入，影响粉末的纯度，所得到的粉末亦易于团聚且不易分散。在“干氢还原”条件下还原WO3，可得到超细钨粉，但该工艺需要耗费大量的氢，生产成本较高。卤化钨氢还原法制取超细钨粉的主要特点是纯度高、颗粒细、颗粒尺寸均匀、颗粒呈球状和热稳定性高，但由于采用卤化钨氢还原制备钨粉，在反应时有大量的HC1或HF气体生成，对环境造成污染，而且腐蚀生产设备，因此目前较少采用此方法。采用钨酸盐氢还原法可制备颗粒较细的钨粉，但存在着金属实收率较低、工序较多和成本较高等问题。熔盐电解法是利用电解原理将氧化钨在电解槽中先以离子形式电解，再利用阴极沉积的方法来制备钨粉，采用熔盐电解法所制备的粉末团聚严重，且生产成本较高。用等离子体可以制备超细、纳米级球形钨粉，但该方法有时会出现反应物转化不完全和产品相成分较复杂以及作业过程难以稳定、连续持久地进行等问题。自蔓延高温合成法制备超细钨粉具有高效、节能等优点，但是由于其反应速度太快，通常反应无法完全进行，导致杂质相较多，而且其反应过程、产物结构以及性能都不容易控制。
因此，目前金属钨粉体的制备技术都存在一定程度的不足。如生产成本高、实收率较低、纯度较低、工艺过程复杂、不易控制、粉体颗粒粒径分布不均匀和粉体颗粒容易团聚等问题，极大地限制了金属钨粉体的产业化生产。
发明内容
本发明旨在克服现有技术存在的不足，目的是提供一种生产成本低、合成工艺简单、合成过程易于控制、产率高的金属钨超细粉体的制备方法，用该方法制备的金属钨超细粉体活性高、粉体粒径分布均匀、颗粒团聚小、纯度高、无杂相和产业化生产的前景大。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：将12~25wt%的钨酸钠粉体、1.5~5.0wt%的金属铝粉体和70~86wt%的卤化物粉体混合均匀，制得混合物；将混合物置入管式电炉内，在氩气气氛下以2~8℃/min的升温速率升至600~1100℃，保温3~6小时，再将所得产物放入浓度为2.0~4.0mol/L的盐酸中浸泡3~8小时，过滤，用去离子水清洗至清洗液为中性，然后在110℃条件下干燥10~24小时，即得金属钨超细粉体。
所述钨酸钠粉体中的Na2WO4含量≥99wt%，粒径≤88mm。
所述金属铝粉体中的Al含量≥99wt%，粒径≤88mm。
所述卤化物粉体为氯化钠、氯化钾和氟化钠中的一种以上；氯化钠、氯化钾和氟化钠为工业纯或分析纯，粒径均≤100mm。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下积极效果和突出特点：
1、本发明在熔融盐中实现反应物原子尺度的混合，使反应成分在液相中的流动性增强，扩散速率显著提高；能有效控制反应进程、降低反应温度和缩短反应时间；
2、本发明通过熔盐法能更容易地控制晶体颗粒的形状和尺寸，粉体粒度为50-200nm；合成产物各组分配比准确、成分均匀和无偏析；
3、本发明的反应过程以及随后的清洗过程，有利于杂质的清除，形成高纯的反应物，无杂相；
4、本发明的原料来源广泛，价格低廉，生产成本低，具有很大的产业化生产前景。
5、本发明制备的产物颗粒均匀分散于熔融盐中，避免了相互连接，使得颗粒分散性好，极大地降低了溶解洗涤后团聚现象的发生。
因此，本发明具有合成工艺简单、合成过程易于控制、反应温度低、产率高和生产成本低的特点；用该方法制备的金属钨超细粉体的粒径分布均匀、活性高、颗粒团聚小、纯度高和产业化生产的前景大。
附图说明
图1为本发明制备的一种金属钨超细粉体的XRD图谱；
图2为本发明制备的另一种金属钨超细粉体的XRD图谱；
图3是图2所示的金属钨超细粉体的SEM图；
图4为本发明制备的又一种金属钨超细粉体的XRD图谱；
图5是图4所示的金属钨超细粉体的SEM图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的原料统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述钨酸钠粉体中的Na2WO4含量≥99wt%，粒径≤88mm；
所述金属铝粉体中的Al含量≥99wt%，粒径≤88mm；
所述氯化钠、氯化钾和氟化钠为工业纯或分析纯，粒径均≤100mm。
实施例1
一种金属钨超细粉体及其制备方法。将12~18wt%的钨酸钠粉体、1.5~4.0wt%的金属铝粉体和78~86wt%的氟化钠粉体混合均匀，制得混合物；将混合物置入管式电炉内，在氩气气氛下以2~4℃/min的升温速率升至850~1000℃，保温3~5小时，再将所得产物放入浓度为2.0~2.5mol/L的盐酸中浸泡3~5小时，过滤，用去离子水清洗至清洗液为中性，然后在110℃条件下干燥10~24小时，即得金属钨超细粉体。
本实施例所制备的金属钨超细粉体纯度高，颗粒无团聚，粒度为70~100nm。
实施例2
一种金属钨超细粉体及其制备方法。
将12~18wt%的钨酸钠粉体、2.0~5.0wt%的金属铝粉体和78~86wt%的卤化物粉体混合均匀，制得混合物；将混合物置入管式电炉内，在氩气气氛下以2~4℃/min的升温速率升至850~1000℃，保温3~5小时，再将所得产物放入浓度为2.5~3.0mol/L的盐酸中浸泡3~5小时，过滤，用去离子水清洗至清洗液为中性，然后在110℃条件下干燥10~24小时，即得金属钨超细粉体。
本实施例中的卤化物为45~60wt%氟化钠和40~55wt%氯化钾。
本实施例所制备的金属钨超细粉体纯度高，颗粒无团聚，粒度为120~150nm。
实施例3
一种金属钨超细粉体及其制备方法。将16~22wt%的钨酸钠粉体、2.0~4.0wt%的金属铝粉体和75~80wt%的氯化钠粉体混合均匀，制得混合物；将混合物置入管式电炉内，在氩气气氛下以3~5℃/min的升温速率升至600~850℃，保温5~6小时，再将所得产物放入浓度为3.5~4.0mol/L的盐酸中浸泡4~6小时，过滤，用去离子水清洗至清洗液为中性，然后在110℃条件下干燥10~24小时，即得金属钨超细粉体。
本实施例所制备的金属钨超细粉体的XRD图谱如图2所示，其SEM照片如图3所示。本实施例所制备的金属钨超细粉体纯度高，颗粒无团聚，粒度为50-70nm。
实施例4
一种金属钨超细粉体及其制备方法。将16~22wt%的钨酸钠粉体、2.0~4.0wt%的金属铝粉体和75~80wt%的卤化物粉体混合均匀，制得混合物；将混合物置入管式电炉内，在氩气气氛下以3~5℃/min的升温速率升至600~850℃，保温5~6小时，再将所得产物放入浓度为3.5~4.0mol/L的盐酸中浸泡4~6小时，过滤，用去离子水清洗至清洗液为中性，然后在110℃条件下干燥10~24小时，即得金属钨超细粉体。
本实施例中的卤化物为40~55wt%氟化钠和45~60wt%氯化钠。
本实施例所制备的金属钨超细粉体纯度高，颗粒无团聚，粒度为150~180nm。
实施例5
一种金属钨超细粉体及其制备方法。将18~25wt%的钨酸钠粉体、3.5~5.0wt%的金属铝粉体和70~78wt%的氯化钾粉体混合均匀，制得混合物；将混合物置入管式电炉内，在氩气气氛下以5~8℃/min的升温速率升至1000~1100℃，保温3~5小时，再将所得产物放入浓度为3.0~3.5mol/L的盐酸中浸泡5~8小时，过滤，用去离子水清洗至清洗液为中性，然后在110℃条件下干燥10~24小时，即得金属钨超细粉体。
本实施例所制备的金属钨超细粉体的XRD图谱如图4所示，其SEM照片如图5所示；所制备的金属钨超细粉体纯度高，颗粒无团聚，粒度为100-120nm。
实施例6
一种金属钨超细粉体及其制备方法。将18~25wt%的钨酸钠粉体、3.5~5.0wt%的金属铝粉体和70~78wt%的卤化物粉体混合均匀，制得混合物；将混合物置入管式电炉内，在氩气气氛下以5~8℃/min的升温速率升至1000~1100℃，保温3~5小时，再将所得产物放入浓度为3.0~3.5mol/L的盐酸中浸泡5~8小时，过滤，用去离子水清洗至清洗液为中性，然后在110℃条件下干燥10~24小时，即得金属钨超细粉体。
本实施例中的卤化物为30~40wt%氟化钠、20~40wt%氯化钠和20~40wt%氯化钾。
本实施例所制备的金属钨超细粉体纯度高，颗粒无团聚，粒度为180~200nm。
本具体实施方式与现有技术相比具有以下积极效果和突出特点：
1、本具体实施方式在熔融盐中实现反应物原子尺度的混合，使反应成分在液相中的流动性增强，扩散速率显著提高；能有效控制反应进程、降低反应温度和缩短反应时间；
2、本具体实施方式通过熔盐法能更容易地控制晶体颗粒的形状和尺寸，粉体粒度为50-200nm；合成产物各组分配比准确、成分均匀和无偏析；
3、本具体实施方式的反应过程以及随后的清洗过程，有利于杂质的清除，形成高纯的反应物，无杂相；
4、本具体实施方式的原料来源广泛，价格低廉，生产成本低，具有很大的产业化生产前景。
5、本具体实施方式制备的产物颗粒均匀分散于熔融盐中，避免了相互连接，使得颗粒分散性好，极大地降低了溶解洗涤后团聚现象的发生。
因此，本具体实施方式具有合成工艺简单、合成过程易于控制、反应温度低、产率高和生产成本低的特点；用该方法制备的金属钨超细粉体的粒径分布均匀、活性高、颗粒团聚小、纯度高和产业化生产的前景大。
Claims (5)
1.一种金属钨超细粉体的制备方法，其特征在于将12~25wt%的钨酸钠粉体、1.5~5.0wt%的金属铝粉体和70~86wt%的卤化物粉体混合均匀，制得混合物；将混合物置入管式电炉内，在氩气气氛下以2~8℃/min的升温速率升至600~1100℃，保温3~6小时，再将所得产物放入浓度为2.0~4.0mol/L的盐酸中浸泡3~8小时，过滤，用去离子水清洗至清洗液为中性，然后在110℃条件下干燥10~24小时，即得金属钨超细粉体。
2.根据权利要求1金属钨超细粉体的制备方法，其特征在于所述钨酸钠粉体中的Na2WO4含量≥99wt%，粒径≤88mm。
3.根据权利要求1金属钨超细粉体的制备方法，其特征在于所述金属铝粉体中的Al含量≥99wt%，粒径≤88mm。
4.根据权利要求1金属钨超细粉体的制备方法，其特征在于所述卤化物粉体为氯化钠、氯化钾和氟化钠中的一种以上；氯化钠、氯化钾和氟化钠为工业纯或分析纯，粒径均≤100mm。
5.一种金属钨超细粉体，其特征在于所述金属钨超细粉体是根据权利要求1~4项中任一项所述金属钨超细粉体的制备方法制备的金属钨超细粉体。
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