CN103922341A - 纳米wc晶须的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳米WC晶须的制备方法，按照如下步骤完成：(1)、将偏钨酸、葡萄糖、氯化钠、氯化钴加入纯水中进行充分溶解，葡糖糖的量为偏钨酸重量的8％-9％，氯化钠的重量为偏钨酸重量的6.5％-65％，氯化钴的重量为偏钨酸重量的30％-70％；(2)、将上述溶液放入真空干燥箱中干燥，得到粉末；(3)、将步骤(2)中得到的粉末充分研磨，然后过40目筛网，细粉备用；(4)、将步骤(3)中筛分后的细粉放入真空碳化管炉中，通入氩气，升温至1300-1450℃，保温1-2h，然后冷却得到WC晶须。本发明通过气-液-固相反应制备WC晶须，除WC晶须外，其他生成物均为气态，可以有效的排出，可以有效的提高晶须的纯度；该制备方法操作简单，对设备要求较低。

Description

纳米WC晶须的制备方法
技术领域
本发明涉及一种晶须的制备方法，特别是涉及一种WC晶须的制备方法。
背景技术
晶须是一种在人工控制条件下以单晶形式生长出来的细纤维材料。由于晶须的横向尺寸很小(一般只有1-10微米)，又以单晶形式存在，因此晶须被认为是一种晶格结构完美的晶体材料。由于晶须中晶体缺陷很少，所以材料科学家认为，理论上晶须本身可以达到很高的晶体理论强度。
由于晶须本身的高强度性能，作为一种新材料，它特别适用于作为增强相，与基体材料复合，制备高强度的复合材料。WC晶须具有硬度高、抗弯强度高、熔点高、热稳定性好等优点，因此可作为金属基复合材料的增强材料，同时，碳化钨晶须由于其独特的电催化性能，抗中毒能力和可替代Pt等贵金属催化的特性，不仅可应用于燃料电池中做电催化剂，同时还可广泛应用于其他化学催化领域。碳化钨由于其具有高熔点，纳米粉烧结晶粒极易长大等特殊性质，使得其一维纳米材料的制备较其他材料困难，现有的技术主要是采用催化气相沉积法、热分解法、磁控溅射法，爆炸法等制备WC纳米晶须。但现有技术对设备要求较高，制备工艺复杂，制备的晶须杂质含量较高，很难实现工业化生产。
因此，本领域技术人员致力于需找一种制备工艺简单、对设备要求不高的纳米WC晶须的制备方法。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种对设备要求低、制备工艺简单的纳米WC晶须的制备方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种纳米WC晶须的制备方法，其特征在于：按照如下步骤完成：
(1)、将偏钨酸、葡萄糖、氯化钠、氯化钴加入纯水中进行充分溶解，所述葡糖糖的量为偏钨酸重量的8％-9％，所述氯化钠的重量为偏钨酸重量的6.5％-65％，所述氯化钴的重量为偏钨酸重量的30％-70％，
(2)、将上述溶液放入真空干燥箱中干燥，得到粉末，
(3)、将步骤(2)中得到的粉末充分研磨，然后过40目筛网，细粉备用，
(4)、将步骤(3)中筛分后的细粉放入真空碳化管炉中，通入氩气，升温至1300-1450℃，保温1-2h，然后冷却得到WC晶须。
采用上述技术方案，本发明的技术原理与WC现有制备方法明显不同。通过在高温下发生一系列的反应生成WC晶须，即：
H6[H2(W3O10)4]·10H2O(s)→12WO3(s)+14H2O(g)
NaCl(l)→Na(g)+Cl(g)
Wo3+6Cl(g)+3C(s)→WCl6(g)+3CO(g)
C(s)+Co(s)→Co-C(l)
WCl6(g)+Co-C(l)→Co-W-C(l)+2Cl(g)
Co-W-C(l)→Co(s)+WC
由于上述反应，NaCl在高温下分解出Cl，偏钨酸分解出WO3，葡萄糖碳化，三者反应生成气相的WCl6，同时C同CoCl生成液相的Co-C,最后气相的WCl6扩散溶解在液相Co-C中，溶解度不断增大，达到过饱和时，析出WC晶体，形成原始晶核。随着WCl6的不断供给，原始晶核沿特定方向不断生长形成晶须。显然，当上述化学反应充分进行之后，晶须生长过程也就逐渐随之完成。根据这一原理，晶须的生长同液相的溶解度、加热温度有关。为了有效的控制晶须的生长，本发明选用了CoCl作为液相来源，W、C在钴中的溶解度最大，为晶须生长提高大量的形核，促进晶须长大。
通过气-液-固相反应制备WC晶须，除WC晶须外，其他生成物均为气态，可以有效的排出，可以有效的提高晶须的纯度，同时采用了葡萄糖作为碳源，葡萄糖碳化温度低、在溶于水后，可以有效的包覆在反应物上，保证反应的进行，该制备方法操作简单，对设备要求较低。
作为优选：步骤(2)中，真空干燥的温度为50-80℃，干燥压力为1-10pa。
作为优选：步骤(4)中，氩气的流量为10-20ml/min。
在上述技术方案中，为了保证烧结的质量，步骤(4)中，升温的速度为5℃/min。
本发明的有益效果是：本发明通过气-液-固相反应制备WC晶须，除WC晶须外，其他生成物均为气态，可以有效的排出，可以有效的提高晶须的纯度，同时采用了葡萄糖作为碳源，葡萄糖碳化温度低、在溶于水后，可以有效的包覆在反应物上，保证反应的进行，该制备方法操作简单，对设备要求较低。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
实施例1
称取偏钨酸、偏钨酸重量8％的葡萄糖、偏钨酸重量6.5％的NaCl、偏钨酸重量30％的CoCl2.6H2O。并按如下步骤进行：
(1)溶解：将偏钨酸、葡萄糖、NaCl、CoCl2.6H2O按配比加入容器中，同时加入足量的纯水、充分溶解，得到溶液，纯水的量最好为恰好溶解，以减少减压干燥的能耗，也可以稍微多一些，不限定。
(2)干燥：将步骤(1)所得溶液，放入真空干燥箱中在温度为50-80℃、干燥压力为1-10pa下真空干燥，得到紫色粉末状的混合物前驱体。
(3)研磨：将步骤(2)所得混合物前驱体充分研磨，过40目筛网，细粉待用。
(4)碳热还原：将步骤(3)所得的粉末放入真空碳管炉中进行烧结，以5℃/min的升温速度，升温至1350℃，保温1小时，同时通入气体氩气，其流量为10ml/s，得到WC晶须。
实施例2
称取偏钨酸、偏钨酸重量8.56％的葡萄糖、偏钨酸重量30％的NaCl、偏钨酸重量40％的CoCl2.6H2O。并按如下步骤进行：
(1)溶解：将偏钨酸、葡萄糖、NaCl、CoCl2.6H2O按配比加入容器中，同时加入足量的纯水、充分溶解，得到溶液，纯水的量最好为恰好溶解，以减少减压干燥的能耗，也可以稍微多一些，不限定。
(2)干燥：将步骤(1)所得溶液，放入真空干燥箱中在温度为50-80℃、干燥压力为1-10pa下真空干燥，得到紫色粉末状的混合物前驱体。
(3)研磨：将步骤(2)所得混合物前驱体充分研磨，过40目筛网，细粉待用。
(4)碳热还原：将步骤(3)所得的粉末放入真空碳管炉中进行烧结，以5℃/min的升温速度，升温至1300℃，保温2小时，同时通入气体氩气，其流量为15ml/s。得到WC晶须。
实施例3
称取一定量的偏钨酸、偏钨酸重量9％的葡萄糖、偏钨酸重量65％的NaCl、偏钨酸重量50％的CoCl2.6H2O。并按如下步骤进行：
(1)溶解：将偏钨酸、葡萄糖、NaCl、CoCl2.6H2O按配比加入容器中，同时加入足量的纯水、充分溶解，得到溶液，纯水的量最好为恰好溶解，以减少减压干燥的能耗，也可以稍微多一些，不限定。
(2)干燥：将步骤(1)所得溶液，放入真空干燥箱中在温度为50-80℃、干燥压力为1-10pa下真空干燥，得到紫色粉末状的混合物前驱体。
(3)研磨：将步骤(2)所得混合物前驱体充分研磨，过40目筛网，细粉待用。
(4)碳热还原：将步骤(3)所得的粉末放入真空碳管炉中进行烧结，以5℃/min的升温速度，升温至1400℃，保温1小时，同时通入气体氩气，其流量为15ml/s。得到WC晶须。
实施例4
称取一定量的偏钨酸、偏钨酸重量8.56％的葡萄糖、偏钨酸重量40％的NaCl、偏钨酸重量70％的CoCl2.6H2O。并按如下步骤进行：
(1)溶解：将偏钨酸、葡萄糖、NaCl、CoCl2.6H2O按配比加入容器中，同时加入足量的纯水、充分溶解，得到溶液，纯水的量最好为恰好溶解，以减少减压干燥的能耗，也可以稍微多一些，不限定。
(2)干燥：将步骤(1)所得溶液，放入真空干燥箱中在温度为50-80℃、干燥压力为1-10pa下真空干燥，得到紫色粉末状的混合物前驱体。
(3)研磨：将步骤(2)所得混合物前驱体充分研磨，过40目筛网，细粉待用。
(4)碳热还原：将步骤(3)所得的粉末放入真空碳管炉中进行烧结，以5℃/min的升温速度，升温至1450℃，保温1小时，同时通入气体氩气，其流量为20ml/s，得到WC晶须。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种纳米WC晶须的制备方法，其特征在于：按照如下步骤完成：
(1)、将偏钨酸、葡萄糖、氯化钠、氯化钴加入纯水中进行充分溶解，所述葡糖糖的量为偏钨酸重量的8％-9％，所述氯化钠的重量为偏钨酸重量的6.5％-65％，所述氯化钴的重量为偏钨酸重量的30％-70％；
(2)、将上述溶液放入真空干燥箱中干燥得到粉末；
(3)、将步骤(2)中得到的粉末充分研磨，然后过40目筛网，细粉备用；
(4)、将步骤(3)中筛分后的细粉放入真空碳化管炉中，通入氩气，升温至1300-1450℃，保温1-2h，然后冷却得到WC晶须。
2.根据权利要求1所述纳米WC晶须的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，真空干燥的温度为50-80℃，干燥压力为1-10pa。
3.根据权利要求1-2任一项所述纳米WC晶须的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，氩气的流量为10-20ml/min。
4.根据权利要求1-2任一项所述纳米WC晶须的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，升温的速度为5℃/min。
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