CN104801705A

CN104801705A - 一种超细三氧化二铝和钨混合粉末及其制备方法

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Publication number: CN104801705A
Application number: CN201510198777.8A
Authority: CN
Inventors: 陈闯; 高存贞; 阮艳静; 周豫鸽; 王阔军; 于宜洛; 吴傲宗; 陆长青; 白孝俊; 张娜娜; 尹松森; 杨钊
Original assignee: First Tractor Co Ltd
Current assignee: First Tractor Co Ltd
Priority date: 2015-04-24
Filing date: 2015-04-24
Publication date: 2015-07-29

Abstract

一种超细Al₂O₃/W混合粉末及其制备方法，包括体积百分比的组分：氧化铝1～60%，其余的为钨及不可避免的杂质；同时还公开了这种混合粉末的其制备方法。该制备方法为：以硝酸铝、钨酸铵为原料，柠檬酸为络合剂，采用液液混合并搅拌的方法均匀成分，通过蒸发、干燥得到含有氧化铝和氧化钨的高聚物，再进行空气氛围的焙烧，除去有机物得到氧化铝和氧化钨的混合粉末，然后进行两段氢气还原，制得混合均匀的Al₂O₃/W超细粉末。所制备的Al₂O₃/W混合粉末，颗粒无团聚现象，成分均匀，氧化铝的粒度为50～90纳米，钨的粒度为0.5～0.8微米。

Description

一种超细三氧化二铝和钨混合粉末及其制备方法

技术领域

本发明属于粉体材料技术领域，涉及一种超细三氧化二铝和钨混合粉末及其制备方法。

背景技术

众所周知，氧化铝具有硬度大、熔点高，耐磨性好，高温化学性能稳定等特点，在工业生产中应用广泛。由于其硬度大，在磨料磨削行业可用于生产磨料、抛光粉等产品；因其高温化学性能稳定，在耐火材料和陶瓷行业中是耐火砖、坩埚、瓷器、人造宝石的主要原料。钨粉是采用粉末冶金法制备钨深加工产品的原料，通常是以仲钨酸铵或经煅烧成的三氧化钨（WO₃）为原料，用氢气还原制得。钨具有熔点高、膨胀系数低、导电导热性能好等优点，但其高温抗磨性较差。结合氧化铝和钨各自的优点，采用粉末冶金法可制成高温耐磨的三氧化二铝和钨（Al₂O₃/W）复合材料。

对于钨钼等难熔金属材料的制备通常采用粉末冶金法，粉末的制备是粉末冶金工艺的关键。目前，金属粉末的制取方法主要有机械法和物理化学法两大类，具体到三氧化二铝和钨（Al₂O₃/W）混合粉末的制备，固固机械混合法、固液喷雾混合法应用普遍。固固法制得的粉末颗粒较大且混合均匀性差，固液法制备工艺不易控制，所得的粉末容易团聚，高温烧结后对复合材料性能的提高作用有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种超细三氧化二铝和钨（Al₂O₃/W）混合粉末，作为粉末冶金法制备三氧化二铝和钨（Al₂O₃/W）复合材料的原料。

本发明另一目的是提供一种该超细混合粉末的制备方法。

为了实现以上目的，本发明三氧化二铝和钨（Al₂O₃/W）混合粉末所采用的技术方案是：一种混合粉末，由以下体积百分比的组分组成：氧化铝1～60%，其余的为钨及不可避免的杂质。

所述的混合粉末是以硝酸铝、钨酸铵和柠檬酸为原料制备而成。

所述的原料由以下质量百分比的组分组成：硝酸铝0.6～37.35%，钨酸铵22.88～54.31%，其余的为柠檬酸及不可避免的杂质。

所述氧化铝的粒度为50～90纳米。

所述钨的粒度为0.5～0.8微米。

本发明的混合粉末的制备方法具体包括如下步骤：

称取钨酸铵、硝酸铝、柠檬酸和蒸馏水；

将钨酸铵、柠檬酸加入蒸馏水中形成悬浊液，向悬浊液中加入硝酸铝溶液，搅拌后形成混合溶液；

将混合溶液在80～95℃下加热并搅拌，直至形成粘性流体；然后经110～130℃干燥脱水，12～14小时后得到干燥粉末；

将干燥粉末在500～550℃空气氛围中焙烧8～10个小时，得到Al₂O₃/WO₃混合粉末；

对三氧化二铝和三氧化钨（Al₂O₃/ WO₃）混合粉末进行氢气两段还原，其中一段还原温度490～520℃，时间3～4 小时，二段还原温度880～950℃，时间4～5小时，得到三氧化二铝和钨（Al₂O₃/W）混合粉末。

所述的混合粉末由以下体积百分比的组分组成：氧化铝1～60%，其余的为钨及不可避免的杂质。所述氧化铝的粒度为50～90纳米，钨的粒度为0.5～0.8微米。

所述的硝酸铝水溶液的质量浓度为60～85%。

本发明采用上述技术方案后取得的有益效果是：工业生产中，对于以高熔点金属为基体的复合材料的制备，通常采用粉末冶金方法，制取粉末是粉末冶金的第一步，是复合材料及其制件产品质量的基础。本发明所涉及的超细三氧化二铝和钨（Al₂O₃/W）混合粉末是制取三氧化二铝和钨（Al₂O₃/W）复合材料的原料，其中混合粉末的粒度，增强相分布的均匀性对钨基复合材料的性能影响较大。与固固机械混合法、固液喷雾混合法相比，本发明超细混合粉末的制备采用液液混合法，实现了制备原料在分子层面上的均匀混合，有利于制得超细且分布均匀的三氧化二铝和钨（Al₂O₃/W）混合粉末，并满足制备高性能三氧化二铝和钨（Al₂O₃/W）复合材料的要求。

本发明超细混合粉末的制备方法中，采用了钨酸铵、柠檬酸、硝酸铝溶液混合的方式，柠檬酸作为络合剂起到均匀混合原料的作用。混合溶液经干燥脱水得到含有氧化钨和氧化铝成分的高聚物，随后在空气氛围中焙烧，得到均匀混合的氧化铝、氧化钨颗粒。

制备过程中主要的化学方程式如下所示：

(WO₂)(OH)₂+(WO₂)(OH)₂=(OH)(WO₂)-O-(WO₂)(OH)+H₂O Al(OH)₃+(WO₂)(OH)₂=(OH)₂Al-O-(WO₂)(OH)+H₂O

WO₃+H₂→WO₂+H₂O

WO₂+2H₂→W+2H₂O

采用本发明的制备方法得到的Al₂O₃/W混合粉末，颗粒无团聚现象，成分均匀，氧化铝的粒度为50～90纳米，钨的粒度为0.5～0.8微米。

具体实施方式

实施例1

本实施例制备的混合粉末氧化铝体积百分比为1%，原料按质量比Al(NO₃)₃·9H2O：(NH₄)₁₀H₂(W₂O₇)₆ ：C₆H₈O₇·H₂O为1:91.02: 75.56配比，各组分的质量百分比为：Al(NO₃)₃·9H₂O 0.6%，(NH₄)₁₀H₂(W₂O₇)₆ 54.31%，C₆H₈O₇·H₂O 45.09%，杂质含量≤0.1%。

本实施例的混合粉末的制备方法包括以下步骤：

根据最终所要制备的混合粉末的质量和上述质量比称取硝酸铝、钨酸铵和柠檬酸，根据柠檬酸的质量和1.35mol/L的浓度，称取蒸馏水；

首先将硝酸铝溶于蒸馏水中，配成质量浓度为70%的硝酸铝溶液，再将柠檬酸和钨酸铵加入余下蒸馏水中形成悬浊液，将硝酸铝溶液加入悬浊液中，搅拌20分钟后得到混合液体；

将混合液体在85℃下加热并搅拌，直至形成粘性流体，然后经120℃干燥脱水，14小时后得到干燥粉末；

将干燥粉末在550℃空气氛围中焙烧8个小时除去有机物，得到三氧化二铝和三氧化钨（Al₂O₃/ WO₃）混合粉末；

把三氧化二铝和三氧化钨（Al₂O₃/ WO₃）混合粉末放入氢气还原炉中进行两段还原，一段还原温度520℃，时间3小时，二段还原温度950℃，时间5小时，得到体积分数为1%的三氧化二铝和三氧化钨（Al₂O₃/ WO₃）混合粉末，氧化铝的粒度为80纳米，钨的粒度为0.8微米。

实施例2

本实施例制备的混合粉末氧化铝体积百分比为20%，原料按质量比Al(NO₃)₃·9H2O：(NH₄)₁₀H₂(W₂O₇)₆ ：C₆H₈O₇·H₂O为1:3.67: 3.59配比，各组分的质量百分比为：Al(NO₃)₃·9H₂O 12.1%，(NH₄)₁₀H₂(W₂O₇)₆ 44.48%，C₆H₈O₇·H₂O 43.42%，杂质含量≤0.1%。

本实施例的混合粉末的制备方法包括以下步骤：

首先将硝酸铝溶于蒸馏水中，配成质量浓度为60%的硝酸铝溶液，再将柠檬酸和钨酸铵加入余下蒸馏水中形成悬浊液，将硝酸铝溶液加入悬浊液中，搅拌20分钟后得到混合液体；

将混合液体在90℃下加热并搅拌，直至形成粘性流体，然后经130℃干燥脱水，12小时后得到干燥粉末；

将干燥粉末在540℃空气氛围中焙烧9个小时除去有机物，得到三氧化二铝和三氧化钨（Al₂O₃/ WO₃）混合粉末；

把三氧化二铝和三氧化钨（Al₂O₃/ WO₃）混合粉末放入氢气还原炉中进行两段还原，一段还原温度510℃，时间4小时，二段还原温度940℃，时间4.5小时，得到体积分数为20%的三氧化二铝和三氧化钨（Al₂O₃/ WO₃）混合粉末，氧化铝的粒度为70纳米，钨的粒度为0.6微米。

实施例3

本实施例制备的混合粉末氧化铝体积百分比为40%，原料按质量比Al(NO₃)₃·9H2O：(NH₄)₁₀H₂(W₂O₇)₆ ：C₆H₈O₇·H₂O为1: 1.38: 1.69配比，各组分的质量百分比为：Al(NO₃)₃·9H₂O 24.54%，((NH₄)₁₀H₂(W₂O₇)₆ 33.83%，C₆H₈O₇·H₂O 41.62%，杂质含量≤0.1%。

本实施例的混合粉末的制备方法包括以下步骤：

将混合液体在80℃下加热并搅拌，直至形成粘性流体，然后经130℃干燥脱水，14小时后得到干燥粉末；

将干燥粉末在530℃空气氛围中焙烧9个小时除去有机物，得到三氧化二铝和三氧化钨（Al₂O₃/ WO₃）混合粉末；

把三氧化二铝和三氧化钨（Al₂O₃/ WO₃）混合粉末放入氢气还原炉中进行两段还原，一段还原温度520℃，时间4小时，二段还原温度950℃，时间4小时，得到体积分数为40%的三氧化二铝和三氧化钨（Al₂O₃/ WO₃）混合粉末，氧化铝的粒度为55纳米，钨的粒度为0.5微米。

实施例4

本实施例制备的混合粉末氧化铝体积百分比为60%，原料按质量比Al(NO₃)₃·9H2O：(NH₄)₁₀H₂(W₂O₇)₆：C₆H₈O₇·H₂O为1: 0.612: 1.064配比，各组分的质量百分比为：Al(NO₃)₃·9H₂O 37.35%，(NH₄)₁₀H₂(W₂O₇)₆ 22.88%，C₆H₈O₇·H₂O 39.77%，杂质含量≤0.1%。

本实施例的混合粉末的制备方法包括以下步骤：

首先将硝酸铝溶于蒸馏水中，配成质量浓度为65%的硝酸铝溶液，再将柠檬酸和钨酸铵加入余下蒸馏水中形成悬浊液，将硝酸铝溶液加入悬浊液中，搅拌20分钟后得到混合液体；

将混合液体在90℃下加热并搅拌，直至形成粘性流体，然后经130℃干燥脱水，13小时后得到干燥粉末；

将干燥粉末在520℃空气氛围中焙烧10个小时除去有机物，得到三氧化二铝和三氧化钨（Al₂O₃/ WO₃）混合粉末；

把三氧化二铝和三氧化钨（Al₂O₃/ WO₃）混合粉末放入氢气还原炉中进行两段还原，一段还原温度520℃，时间4小时，二段还原温度950℃，时间4.5小时，得到体积分数为60%的三氧化二铝和三氧化钨（Al₂O₃/ WO₃）混合粉末，氧化铝的粒度为80纳米，钨的粒度为0.7微米。

本发明的技术方案并不局限于上述几个实施例，一切不超出本发明技术方案实质性内容的其它实施例，均落入本发明的权利要求内。

Claims

1.一种超细三氧化二铝和钨混合粉末，其特征在于：由以下体积百分比的组分组成：氧化铝1～60%，其余的为钨及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种超细三氧化二铝和钨混合粉末，其特征在于：所述的超细三氧化二铝和钨混合粉末是以硝酸铝、钨酸铵和柠檬酸为原料制备而成。

3.根据权利要求2所述的超细三氧化二铝和钨混合粉末，其特征在于：所述的原料由以下质量百分比的组分组成：硝酸铝0.6～37.35%，钨酸铵22.88～54.31%，其余的为柠檬酸及不可避免的杂质。

4.根据权利要求1或2所述的超细三氧化二铝和钨混合粉末，其特征在于：所述氧化铝的粒度为50～90纳米。

5.根据权利要求1或2所述的超细三氧化二铝和钨混合粉末，其特征在于：所述钨的粒度为0.5～0.8微米。

6.根据权利要求1所述的超细三氧化二铝和钨混合粉末的制备方法，其特征在于：该方法具体包括如下步骤：

称取钨酸铵、硝酸铝、柠檬酸和蒸馏水；

将干燥粉末在500～550℃空气氛围中焙烧8～10个小时，得到三氧化二铝和三氧化钨混合粉末；

对三氧化二铝和三氧化钨混合粉末进行氢气两段还原，其中一段还原温度490～520℃，时间3小时～4小时，二段还原温度880～950℃，时间4小时～5小时，得到三氧化二铝和钨混合粉末。

7.根据权利要求6所述的超细三氧化二铝和钨混合粉末的制备方法，其特征在于：所述的超细三氧化二铝和钨混合粉末由以下体积百分比的组分组成：氧化铝1～60%，其余的为钨及不可避免的杂质,所述氧化铝的粒度为50～90纳米，钨的粒度为0.5～0.8微米。

8.根据权利要求6所述的超细三氧化二铝和钨混合粉末的制备方法，其特征在于：所述的硝酸铝水溶液的质量浓度为60～85%。