DE3642219A1

DE3642219A1 - Process for preparing coarse-grained tungsten carbide

Info

Publication number: DE3642219A1
Application number: DE19863642219
Authority: DE
Inventors: Devender Dr Dhingra
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-12-10
Filing date: 1986-12-10
Publication date: 1988-06-23

Abstract

Process for preparing coarse-grained tungsten carbide by carbonation of pulverulent tungsten metal with carbon under protective gas, in which W2C is formed in a first stage, and in the second stage the W2C which has been brought to the desired grain (particle) size is reacted with further carbon to give WC. The coarse-grained WC obtained in this way is well suited to the production of coarse-grained cemented carbide.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von grobkörnigem Wolframcarbid durch Carburieren von pulverförmigem Wolframmetall und Kohlen stoff unter Schutzgas.The invention relates to a method for producing coarse-grained Tungsten carbide by carburizing powdered tungsten metal and carbon substance under protective gas.

Es ist bereits seit langem bekannt, daß man Wolframcarbid (WC) durch Umsetzen von metallischem Wolfram mit elementarem Kohlenstoff oder Kohlenwasserstoffen bei hohen Temperaturen unter Schutzgas oder im Vakuum herstellen kann. Eine der wesentlichsten Methoden zur Herstellung von Wolframcarbid, welche für die Herstellung von Hartmetallen große Bedeutung besitzt, umfaßt die Carburierung des Metalls mit Kohlenstoff durch Umsetzung der pulverförmigen Mischung unter Schutzgas oder im Vakuum. So wird Wolframcarbid (WC) großtechnisch überwie gend durch direkte Reaktion von Wolframmetallpulver mit aschearmem Ruß unter Wasserstoff als Schutzgas bei Temperaturen von etwa 1400 bis 1600°C hergestellt. Diese Herstellungsmethode ergibt das Wolframcarbid mit einer relativ geringen Korngröße im Bereich von 0,5 bis 15 µm. Es besteht nun aber ein Bedürfnis für grobkörnigeres Wolframcarbid, welches zur Herstellung von grobkörnigem Hart metall eingesetzt werden kann, welches insbesondere für Bergbauwerkzeuge und ähnliche großformatige Hartmetallwerkstoffe notwendig ist. Die Herstellung von grobkörnigerem Wolframcarbid auf dem oben beschriebenen Wege ist nicht mög lich, so daß grobkörnige Pulver und Formstücke, wie sie für den Bergbau einge setzt werden, durch Synthese im Schmelzfluß hergestellt werden, einer Verfah rensweise, die aus energetischen und wirtschaftlichen Gründen nicht zu befriedi gen vermag und W₂C als Produkt ergibt.It has long been known that tungsten carbide (WC) can be produced by reacting metallic tungsten with elemental carbon or hydrocarbons at high temperatures under a protective gas or in a vacuum. One of the most important methods for the production of tungsten carbide, which is of great importance for the production of hard metals, comprises carburizing the metal with carbon by reacting the powdery mixture under protective gas or in vacuo. For example, tungsten carbide (WC) is produced on a large industrial scale by direct reaction of tungsten metal powder with low-ash soot under hydrogen as a protective gas at temperatures of approximately 1400 to 1600 ° C. This production method gives the tungsten carbide with a relatively small grain size in the range from 0.5 to 15 µm. However, there is now a need for coarse-grained tungsten carbide, which can be used to produce coarse-grained hard metal, which is particularly necessary for mining tools and similar large-sized hard metal materials. The production of coarse-grained tungsten carbide in the way described above is not possible, so that coarse-grained powders and shaped pieces, such as those used for mining, are produced by synthesis in the melt flow, a procedure which, for energetic and economic reasons, is not too satisfactory and W ₂ C results as a product.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren anzu geben, mit dem es in einfacher Weise gelingt, grobkörniges Wolframcarbid mit einer Korngröße im Bereich von < 20 µm, vorzugsweise von 20 bis 50 µm herzu stellen.The object of the present invention is therefore to start a method with which it is easy to use coarse-grained tungsten carbide a grain size in the range of <20 microns, preferably from 20 to 50 microns put.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfah rens gemäß Hauptanspruch.This task is solved by the characteristic features of the procedure rens according to main claim.

Es hat sich nämlich gezeigt, daß man dann, wenn man die Bildung des Wolfram carbids zweistufig unter Bildung von Diwolframcarbid (W₂C) als Zwischenstufe durchführt, es ohne weiteres möglich ist, das grobkörnige Wolframcarbid im Rah men einer Sinterreaktion herzustellen.It has been shown that if one carries out the formation of the tungsten carbide in two stages with the formation of di-tungsten carbide (W ₂ C) as an intermediate stage, it is readily possible to produce the coarse-grained tungsten carbide in a sintering reaction.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher dadurch gekennzeichnet, daß man in einer ersten Stufe W₂C bildet und in der zweiten Stufe das auf die gewünschte Korngröße von < 20 µm, vorzugsweise 20 bis 50 µm gebrachte W₂C mit weiterem Kohlenstoff zu WC umsetzt. Bei dieser Umsetzung in der zweiten Stufe erfolgt keine Änderung der Korngröße, wobei man eine Sinterfritte bzw. einen porösen Körper erhält, die bzw. der sich ohne weiteres zu Teilchen der angegebenen Korngröße aufbrechen und vermahlen läßt.The inventive method is therefore characterized in that W is in a first step ₂ C and the microns in the second stage to the desired particle size of <20, preferably 20 to 50 microns placed W reacting ₂ C with further carbon to WC. In this reaction in the second stage, there is no change in the grain size, a sintered frit or a porous body being obtained which can easily be broken up and ground into particles of the specified grain size.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren setzt man in der ersten Stufe vorzugsweise eine Mischung aus 2 bis 5% Kohlenstoff und 95 bis 98% Wolfram, noch bevorzug ter eine etwa stöchiometrische Mischung aus Kohlenstoff und Wolfram, die somit etwa 3,16%. Kohlenstoff umfaßt, ein und bewirkt die Umsetzung unter Schutzgas oder im Vakuum bei einer Temperatur im Bereich von 2600 bis 2800°C. Als Schutzgas arbeitet man vorzugsweise unter Argon.In the process according to the invention, the first stage is preferably used a mixture of 2 to 5% carbon and 95 to 98% tungsten, more preferred ter an approximately stoichiometric mixture of carbon and tungsten, which is therefore about 3.16%. Includes carbon, and causes the reaction under protective gas or in vacuum at a temperature in the range of 2600 to 2800 ° C. As Protective gas is preferably operated under argon.

In der ersten Verfahrensstufe erhält man Diwolframcarbid W₂C mit einem Kohlen stoffgehalt von etwa 3,16%. Dieses Material wird abgekühlt, vorzugsweise auf Raumtemperatur, gebrochen und auf die gewünschte Teilchengröße von vorzugs weise 20 bis 50 µm vermahlen.In the first stage of the process, tungsten carbide W ₂ C is obtained with a carbon content of approximately 3.16%. This material is cooled, preferably to room temperature, broken and ground to the desired particle size of preferably 20 to 50 microns.

Das erhaltene Mahlgut wird mit weiterem Kohlenstoff in einer Menge versetzt, die zur Aufkohlung des W₂C zu WC ausreicht. Da beim Arbeiten unter Schutzgas kein Abbrand des Kohlenstoffs erfolgt, ist es bevorzugt, hier stöchiometrische Mengen verhältnisse anzuwenden, das heißt eine Kohlenstoffmenge, die ein Endprodukt mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 6,14% ergibt. Die Umsetzung in der zweiten Stufe erfolgt ebenfalls unter Schutzgas, vorzugsweise Argon, oder im Vakuum bei einer Temperatur im Bereich von 1800 bis 2200°C, vorzugsweise bei einer Tempe ratur von etwa 2000°C. Nach der Umsetzung bis zur vollständigen Aufkohlung, was im allgemeinen eine Umsetzungszeit von einer Stunde erforderlich macht, erhält man das Produkt in Form einer Sinterfritte bzw. eines porösen Körpers, die bzw. der sich nach dem Abkühlen und Aufbrechen ohne weiteres auf das Wolframcarbid in der gewünschten Teilchengröße von 20 bis 50 µm ergibt. Das in dieser Weise erhaltene Produkt ist ausgezeichnet zur Herstellung von grobkörnigem Hartmetall geeignet.The resulting millbase is mixed with additional carbon in an amount sufficient to carburize the W ₂ C to WC. Since there is no combustion of the carbon when working under protective gas, it is preferred to use stoichiometric amounts here, that is to say an amount of carbon which gives an end product with a carbon content of approximately 6.14%. The reaction in the second stage also takes place under protective gas, preferably argon, or in vacuo at a temperature in the range from 1800 to 2200 ° C., preferably at a temperature of about 2000 ° C. After the reaction until complete carburization, which generally requires a reaction time of one hour, the product is obtained in the form of a sintered frit or a porous body, which, after cooling and breaking open, readily depends on the tungsten carbide in the desired particle size of 20 to 50 microns results. The product obtained in this way is extremely suitable for the production of coarse-grained hard metal.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man in einem Kohlerohrkurzschluß ofen, einem Induktionsofen oder einem Lichtbogenofen arbeiten. Mit Vorteil ver wendet man möglichst reines Wolframmetall mit einer Reinheit von größer 99,9% und Kohlenstoff in Form von Ruß oder Graphit.In the method according to the invention, one can in a coal tube short circuit furnace, an induction furnace or an arc furnace. With advantage ver If possible, pure tungsten metal with a purity of greater than 99.9% is used and carbon in the form of carbon black or graphite.

Das folgende Beispiel dient der weiteren Erläuterung der Erfindung.The following example serves to further explain the invention.

example

Man geht aus von pulverförmigem Wolframmetall mit einer Korngröße von 5 µm und einer Reinheit von größer 99,9%, vermischt dieses mit handelsüblichem Ruß unter Bildung einer Mischung, die annähernd 3,15% Kohlenstoff enthält. Man er hitzt die Mischung in einem Kohlerohrkurzschlußofen in einem Tiegel aus Graphit während 2 Stunden unter einer Argon-Schutzgasatmosphäre auf eine Temperatur von 2600°C. Nach dem Abkühlen des Produkts auf Raumtemperatur und dem Auf brechen vermahlt man es auf eine Korngröße von etwa 30 µm. Man vermischt das in dieser Weise erhaltene grobkörnige W₂C mit Kohlenstoff in für die Bildung von WC stöchiometrischer Menge und erhitzt das Gemisch unter Argon als Schutzgas in einem Kohlerohrkurzschlußofen während einer Stunde auf 2000°C. Man erhält eine Sinterfritte in Form eines porösen Körpers, der nach dem Abkühlen und Auf brechen ohne weiteres grobkörniges Wolframcarbid mit einer Teilchengröße von etwa 30 µm ergibt.It is based on powdered tungsten metal with a grain size of 5 microns and a purity of greater than 99.9%, mixed with commercial carbon black to form a mixture that contains approximately 3.15% carbon. The mixture is heated in a carbon tube short-circuit furnace in a graphite crucible for 2 hours under an argon protective gas atmosphere to a temperature of 2600 ° C. After cooling the product to room temperature and breaking it up, it is ground to a grain size of about 30 μm. The coarse-grained W ₂ C obtained in this way is mixed with carbon in a stoichiometric amount for the formation of WC and the mixture is heated under argon as protective gas in a coal tube short-circuit furnace to 2000 ° C. for one hour. A sintered frit is obtained in the form of a porous body which, after cooling and breaking up, readily gives coarse-grained tungsten carbide with a particle size of approximately 30 μm.

Das Endprodukt enthält 6,12% gebundenen Kohlenstoff, 0,02% freien Kohlenstoff. Dieses Material läßt sich ohne weiteres zu grobkörnigem Hartmetall verarbeiten, welches für Bergbauwerkzeuge bestens geeignet ist.The final product contains 6.12% bound carbon, 0.02% free carbon. This material can easily be processed into coarse-grained hard metal, which is best suited for mining tools.

Claims

1. A process for producing coarse-grained tungsten carbide by carburisation of powdered tungsten metal with carbon under inert gas, characterized in that W forms ₂ C in a first stage and in the second Stu that, brought to a desired particle size W Fe ₂ C with further carbon converted to toilet.

2. The method according to claim 1, characterized in that one in which he most stage a mixture of 2 to 5% C and 95 to 98% W under protective gas or in a vacuum at a temperature in the range of 2600 ° C to 2800 ° C.

3. The method according to claim 1, characterized in that one in the two carburizing under protective gas or in a vacuum at a temperature in Range from 1800 ° C to 2200 ° C effected.

4. The method according to claim 1, characterized in that the W ₂ C obtained in the first stage is cooled before the further reaction, broken, and ground to the desired grain size in the range from 20 to 50 µm.

5. The method according to claim 2, characterized in that one stö chiometric mixture of carbon and tungsten.

6. The method according to claim 2, characterized in that one Temperature of about 2000 ° C and an annealing time of about an hour works.

7. The method according to claim 3, characterized in that a stoichiometric mixture of carbon and W ₂ C is used in the two-th stage.

8. The method according to at least one of the preceding claims, characterized characterized in that argon is used as protective gas.

9. The method according to at least one of the preceding claims, characterized characterized in that one in a coal tube short-circuit furnace, an induction furnace or an arc furnace.