CN103567438B - 一种W包覆TiC纳米级复合粉体的制备方法 - Google Patents
一种W包覆TiC纳米级复合粉体的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103567438B CN103567438B CN201310602775.1A CN201310602775A CN103567438B CN 103567438 B CN103567438 B CN 103567438B CN 201310602775 A CN201310602775 A CN 201310602775A CN 103567438 B CN103567438 B CN 103567438B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- tic
- preparation
- precursor
- coated
- powder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 43
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 39
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 17
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 claims abstract description 13
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 claims abstract description 11
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- XAYGUHUYDMLJJV-UHFFFAOYSA-Z decaazanium;dioxido(dioxo)tungsten;hydron;trioxotungsten Chemical compound [H+].[H+].[NH4+].[NH4+].[NH4+].[NH4+].[NH4+].[NH4+].[NH4+].[NH4+].[NH4+].[NH4+].O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.O=[W](=O)=O.[O-][W]([O-])(=O)=O.[O-][W]([O-])(=O)=O.[O-][W]([O-])(=O)=O.[O-][W]([O-])(=O)=O.[O-][W]([O-])(=O)=O.[O-][W]([O-])(=O)=O XAYGUHUYDMLJJV-UHFFFAOYSA-Z 0.000 claims abstract description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000004148 unit process Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims 3
- 238000010792 warming Methods 0.000 claims 3
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 abstract description 19
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 13
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 5
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 abstract description 4
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 abstract description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 3
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 3
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 description 3
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 2
- 238000000713 high-energy ball milling Methods 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 1
- YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N Tritium Chemical compound [3H] YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 1
- 229910001080 W alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000445 field-emission scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000000024 high-resolution transmission electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000005551 mechanical alloying Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 229910052722 tritium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
本发明公开了一种W包覆TiC纳米级复合粉体的制备方法，包括前驱体的制备和还原反应各单元过程：所述前驱体的制备是将TiC粉末加入草酸溶液中超声分散20-30min，然后加入仲钨酸铵，于155-185℃恒温搅拌反应90-240min，干燥后得到W/TiC前驱体；所述还原反应是将W/TiC前驱体置于管式烧结炉中，在氢气气氛中烧结后得到W包覆TiC复合粉体。本发明方法使TiC呈现被W包覆的状态弥散分布在W基体中，解决TiC颗粒在W表面聚集和在晶界造成的应力集中问题。制备出的纳米级W/TiC复合粉体，在烧结时可以低温致密化；且TiC的弥散分布可以强化W基体，满足高温下的使用。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种纳米粉体的制备方法，具体地说是一种W包覆TiC纳米级复合粉体的制备方法。
二、背景技术
面对不可再生能源预见性的枯竭，可再生能源低产低效。人类利用磁性约束托卡马克装置实现对等离子体在高温下的控制，利用核聚变能来解决人类能源危机。直接面对这种高温等离子体的第一壁材料需要承受聚变堆高热负荷、高粒子通量和中子负载等苛刻条件。W及W合金因其具有高熔点(3410℃)、高导热率、高密度、低的热膨胀系数、低蒸气压、低氚滞留、低溅射产额和高自溅射阀值等优异性能，故被认为是今后核聚变装置最有前途的面对等离子体第一壁材料。然而，W存在很多脆性问题：低温脆性、再结晶脆性和辐照脆性等。为了解决这些问题，一般在W基体中添加第二相（如一些稀土氧化物和一些碳化物）对材料进行强化，而用TiC纳米颗粒弥散强化是比较常用的第二相颗粒。
一般用机械合金化制备超细W/TiC复合粉末，这种方法制备简单，也能得到TiC分布均匀的复合粉体。然而，在这种高能球磨过程中容易引入杂质，严重影响W基材料的性能。另外，高能球磨后的粉体在其表面产生很高的表面能，TiC颗粒在W的表面聚集，高温烧结后，TiC在W晶界上形成。这种状态的W基复合材料容易在晶界处产生裂纹，在受力时容易产生应力集中导致材料失效。不能满足面对等离子体第一壁材料的应用。
改变TiC颗粒在W表面聚集的状态，制备W包覆TiC颗粒的复合粉体，不但能够使TiC均匀分布，避免团聚改善上述问题；而且可以减少杂质的引入，控制TiC的成分。
三、发明内容
本发明旨在提供一种W包覆TiC纳米级复合粉体的制备方法，使TiC呈现被W包覆的状态弥散分布在W基体中，解决TiC颗粒在W表面聚集和在晶界造成的应力集中问题。制备出的纳米级W/TiC复合粉体，在烧结时可以低温致密化；且TiC的弥散分布可以强化W基体，满足高温下的使用。
本发明解决技术问题采用的技术方案如下：
本发明W包覆TiC纳米级复合粉体的制备方法，包括前驱体的制备和还原反应各单元过程：
所述前驱体的制备是将TiC粉末加入草酸溶液中超声分散20-30min，使其弥散分布，草酸溶液的浓度为84-134g/L，TiC粉的添加量为0.833g/L；然后加入仲钨酸铵，仲钨酸铵的添加量为56-114.3g/L，于155-185℃恒温搅拌反应90-240min，干燥后得到W/TiC前驱体；恒温搅拌装置采用的是集热式恒温磁力搅拌器，型号：DF-101S，其工作参数是：加热功率为500W，点机功率30W，搅拌容量2000mL，转速0-2600r/min。
所述还原反应是将W/TiC前驱体置于管式烧结炉中，在氢气气氛中烧结后得到W包覆TiC复合粉体。在烧结过程中保持氢气的流通。氢气气氛中H2的含量≥99.999%。
前驱体的制备过程中所述超声分散的超声频率为40KHz，功率为100-400W。
还原反应过程中所述烧结是首先升温至200℃保温30min，然后升温至500℃保温60min，再升温至800℃保温60min，降温至500℃后随炉自然冷却。烧结过程中的升温速率为5℃/min，降温速率为5℃/min。本发明采用上述烧结工艺所获得的W包覆TiC纳米级复合粉体尺寸均匀，纯度高。
本发明选用草酸和仲钨酸铵在一定温度的条件下发生化学反应，蒸发结晶得到W/TiC前驱体粉末。草酸不会立即和仲钨酸铵发生反应，可以有足够的时间在TiC粉体表面形核，实现W包覆TiC的结构。在氢气气氛下还原，W原位形核得到W包覆TiC复合粉体。
本发明方法制备的W包覆TiC复合粉体，在W和TiC成分上可控，同时纯度非常的高。本发明方法避免了机械球磨引入的杂质，制备的粉体均匀化程度高，粒度约为100nm。
四、附图说明
图1(a)是W包覆TiC复合粉体的FE-SEM，图1(b)是W包覆TiC复合粉体的XRD图谱。由图1可知，本发明方法制备出的W包覆TiC复合粉体颗粒均匀，粒度约为100nm，且纯度大于98%。在XRD中未能看到TiC的峰谱，说明TiC的添加量低。
图2(a)是W包覆TiC复合粉体的的TEM图；图2(b)为图2(a)中圆区域的HRTEM图，插图为衍射环图。从图2(a)可知TiC颗粒被更细小的W纳米颗粒包覆，图2(a)更一步验证了颗粒的中心部位是TiC，表面包覆着纳米W颗粒。
五、具体实施方式
实施例1：
1、W/TiC前驱体的制备
将0.0250gTiC粉末加入25-50ml草酸溶液中（草酸含量3.00g），超声分散30分钟使其弥散分布，超声频率为40KHz，功率为100W；然后加入3.43g的仲钨酸铵，在165℃油浴锅中反应180分钟，其间不断用玻璃棒搅拌，使TiC粉末进一步分散，干燥后得到W/TiC前驱体。
2、H2还原
将得到的W/TiC前驱体先在玛瑙研钵中研细，然后放入管式中温烧结炉中，先升温至200℃保温30min，然后升温至500℃保温60min，再升温至800℃保温60min，降温至500℃后随炉冷却，得到W包覆TiC复合粉体，简记为W-1wt%TiC复合粉体（指复合粉体中TiC的含量为1wt%，下同）。烧结过程中的升温速率为5℃/min，降温速率为5℃/min。烧结的过程中一直保持氢气的流通。
本实施例制备的W/TiC纳米粉体，在W和TiC成分上可控，纯度大于99%。
实施例2：
1、W/TiC前驱体的制备
将0.0250gTiC粉末加入25-50ml草酸溶液中（草酸含量2.00g），超声分散30分钟使其弥散分布，超声频率为40KHz，功率为100W；然后加入1.70g的仲钨酸铵，在165℃油浴锅中反应120分钟，其间不断用玻璃棒搅拌，使TiC粉末进一步分散，干燥后得到W/TiC前驱体。
2、H2还原
将得到的W/TiC前驱体先在玛瑙研钵中研细，然后放入管式中温烧结炉中，先升温至200℃保温30min，然后升温至500℃保温60min，再升温至800℃保温60min，降温至500℃后随炉冷却，得到W包覆TiC复合粉体，简记为W-2wt%TiC复合粉体。烧结过程中的升温速率为5℃/min，降温速率为5℃/min。烧结的过程中一直保持氢气的流通。
本实施例制备的W/TiC纳米粉体，在W和TiC成分上可控，纯度大于98%。
实施例3：
1、W/TiC前驱体的制备
将0.0250gTiC粉末加入25-50ml草酸溶液中（草酸含量1.500g），超声分散30分钟使其弥散分布，超声频率为40KHz，功率为100W；然后加入1.12g的仲钨酸铵，在165℃油浴锅中反应100分钟，其间不断用玻璃棒搅拌，使TiC粉末进一步分散，干燥后得到W/TiC前驱体。
2、H2还原
将得到的W/TiC前驱体先在玛瑙研钵中研细，然后放入管式中温烧结炉中，先升温至200℃保温30min，然后升温至500℃保温60min，再升温至800℃保温60min，降温至500℃后随炉冷却，得到W包覆TiC复合粉体，简记为W-3wt%TiC复合粉体。烧结过程中的升温速率为5℃/min，降温速率为5℃/min。烧结的过程中一直保持氢气的流通。
本实施例制备的W/TiC纳米粉体，在W和TiC成分上可控，纯度大于99%。
Claims (3)
1.一种W包覆TiC纳米级复合粉体的制备方法，包括前驱体的制备和还原反应各单元过程，其特征在于：
所述前驱体的制备是将TiC粉末加入草酸溶液中超声分散20-30min，使其弥散分布，草酸溶液的浓度为84-134g/L，TiC粉的添加量为0.833g/L；然后加入仲钨酸铵，仲钨酸铵的添加量为56-114.3g/L，于155-185℃恒温搅拌反应90-240min，干燥后得到W/TiC前驱体；
所述还原反应是将W/TiC前驱体置于管式烧结炉中，在氢气气氛中烧结后得到W包覆TiC复合粉体；所述烧结是首先升温至200℃保温30min，然后升温至500℃保温60min，再升温至800℃保温60min，降温至500℃后随炉自然冷却。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
前驱体的制备过程中所述超声分散的超声频率为40KHz，功率为100-400W。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
烧结过程中的升温速率为5℃/min，降温速率为5℃/min。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310602775.1A CN103567438B (zh) | 2013-11-22 | 2013-11-22 | 一种W包覆TiC纳米级复合粉体的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310602775.1A CN103567438B (zh) | 2013-11-22 | 2013-11-22 | 一种W包覆TiC纳米级复合粉体的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103567438A CN103567438A (zh) | 2014-02-12 |
| CN103567438B true CN103567438B (zh) | 2015-11-18 |
Family
ID=50040636
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310602775.1A Active CN103567438B (zh) | 2013-11-22 | 2013-11-22 | 一种W包覆TiC纳米级复合粉体的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103567438B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106799500A (zh) * | 2017-01-05 | 2017-06-06 | 天津大学 | 超细钨粉的制备方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107052356B (zh) * | 2017-01-18 | 2019-01-15 | 天津大学 | 一种核壳结构的钨-氧化钇超细复合前驱体粉末的制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6293989B1 (en) * | 1999-07-21 | 2001-09-25 | Korea Institute Of Machinery And Materials | Method of producing nanophase WC/TiC/Co composite powder |
| CN1804067A (zh) * | 2006-01-17 | 2006-07-19 | 武汉理工大学 | 碳化钨－抑制剂复合粉末及其超细硬质合金的制备方法 |
| CN101428344A (zh) * | 2008-12-17 | 2009-05-13 | 四川大学 | 一种纳米级碳化钨复合粉末及其制备方法 |
| CN102586713A (zh) * | 2012-03-11 | 2012-07-18 | 赣州章源钨业新材料有限公司 | 一种新型WC-Cr3C2-Ni热喷涂粉末及其制备工艺 |
-
2013
- 2013-11-22 CN CN201310602775.1A patent/CN103567438B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6293989B1 (en) * | 1999-07-21 | 2001-09-25 | Korea Institute Of Machinery And Materials | Method of producing nanophase WC/TiC/Co composite powder |
| CN1804067A (zh) * | 2006-01-17 | 2006-07-19 | 武汉理工大学 | 碳化钨－抑制剂复合粉末及其超细硬质合金的制备方法 |
| CN101428344A (zh) * | 2008-12-17 | 2009-05-13 | 四川大学 | 一种纳米级碳化钨复合粉末及其制备方法 |
| CN102586713A (zh) * | 2012-03-11 | 2012-07-18 | 赣州章源钨业新材料有限公司 | 一种新型WC-Cr3C2-Ni热喷涂粉末及其制备工艺 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Synthesis of TiC/W core–shell nanoparticles by precipitate-coating process;Min Xia et al;《Journal of Nuclear Materials》;20121231;第430卷;第216页左栏第1行至第218页右栏第9行 * |
| 放电等离子烧结制备超细晶粒W-TiC复合材料;谈军等;《稀有金属材料与工程》;20111130;第40卷(第11期);1990-1993 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106799500A (zh) * | 2017-01-05 | 2017-06-06 | 天津大学 | 超细钨粉的制备方法 |
| CN106799500B (zh) * | 2017-01-05 | 2019-03-29 | 天津大学 | 超细钨粉的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103567438A (zh) | 2014-02-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106564927B (zh) | 超细氧化钇掺杂钨复合前驱体粉末的制备方法 | |
| CN108751995A (zh) | 纳米微粒原位包覆MXenes复合材料、其制法及用途 | |
| CN103710581B (zh) | 一种纳米Al2O3颗粒增强铝基复合材料的制备方法 | |
| CN107322002B (zh) | 一种稀土氧化物掺杂钨基复合粉体及其制备方法 | |
| CN110629061B (zh) | 一种原位纳米氧化铝含量可控的铝基复合材料的制备方法 | |
| CN103233182B (zh) | 纳米β′相和纳米氧化物复合强化铁基ODS合金的方法 | |
| CN105033254A (zh) | 基于CNTs和激光增材制造加工技术制备高性能原位TiC增强钛基复合材料工件的方法 | |
| CN107052356A (zh) | 一种核壳结构的钨‑氧化钇超细复合前驱体粉末的制备方法 | |
| CN101078068A (zh) | 一种制备超细晶粒钨铜合金的方法及其钨铜合金 | |
| CN106077693B (zh) | 一种高抗热冲击W-TiC-Y2O3复合材料及其制备方法 | |
| CN102127712A (zh) | 一种微合金化氧化物弥散强化铁素体钢及制备方法 | |
| CN111363942B (zh) | 一种稀土氧化物@石墨烯纳米片/铝基坯料制备方法 | |
| CN113106281B (zh) | 一种氧化钇掺杂钨基纳米复合粉体及其合金的制备方法 | |
| CN106119587A (zh) | 一种有效添加碳纳米管的铝基复合材料的制备方法 | |
| CN106994517A (zh) | 一种高导热低膨胀W‑Cu封装材料的制备方法 | |
| CN113215444B (zh) | 一种纳米颗粒增强tc4金属粉末材料及其制备方法 | |
| CN103923620A (zh) | 基于纳米粒子电磁波吸收的热储存复合材料的制备方法 | |
| Khan et al. | Fabrication, spark plasma consolidation, and thermoelectric evaluation of nanostructured CoSb3 | |
| CN111349805A (zh) | 一种高温结构功能一体化Mg(Al)B2和B4C共增强铝基中子吸收材料及其制备方法 | |
| Lan et al. | Tunable melting temperature of Sn encased by Cu nanoparticles for high temperature energy storage | |
| CN105803285B (zh) | 一种超细晶Sc2O3掺杂W基复合材料及其制备方法 | |
| CN107570698A (zh) | 一种石墨烯包覆钛复合粉体材料及其制备方法 | |
| CN103567438B (zh) | 一种W包覆TiC纳米级复合粉体的制备方法 | |
| Panda et al. | Expanded graphite nanoparticles-based eutectic phase change materials for enhancement of thermal efficiency of pin–fin heat sink arrangement | |
| CN109338135B (zh) | 一种核壳结构Al@Ti-Al2O3相变蓄热复合材料及制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220511 Address after: 230009 No. 193, Tunxi Road, Hefei, Anhui Patentee after: HeFei University of Technology Asset Management Co.,Ltd. Address before: 230009 No. 193, Tunxi Road, Hefei, Anhui Patentee before: Hefei University of Technology |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220705 Address after: 241200 Chungu 3D Printing Industrial Park, Fanchang Economic Development Zone, Fanchang District, Wuhu City, Anhui Province Patentee after: Anhui Yiheng New Material Technology Co.,Ltd. Address before: 230009 No. 193, Tunxi Road, Hefei, Anhui Patentee before: HeFei University of Technology Asset Management Co.,Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right |