Qu'est-ce que le carbure de tungstène submicronique ?

En tant que l'une des matières premières les plus importantes pour la production de carbure cémenté, la morphologie des particules, la taille, la distribution granulométrique et la teneur en impuretés de la poudre de carbure de wolfram (WC) affecteront directement la qualité et l'application du carbure cémenté. La poudre de WC peut être divisée en carbure de tungstène ultra grossier, carbure de tungstène micron, carbure de tungstène sous-micron, carbure de tungstène sous-nano et carbure de tungstène nano selon la taille des particules. En termes d'application, la poudre de carbure de tungstène submicronique est principalement utilisée pour produire du carbure cémenté, des outils de coupe extra-durs, des pièces de moteur à réaction et des pièces structurelles de four.

Propriétés de la poudre de carbure de tungstène submicronique

D'après la définition, le carbure de tungstène est un composé composé de tungstène de métal de transition et de carbone non métallique. Sa formule chimique est WC et son poids moléculaire est de 195,85.

D'après les propriétés physiques et chimiques, WC ressemble à une poudre granuleuse noire avec un point de fusion d'environ 2870 ℃ et un point d'ébullition d'environ 6000 ℃. Il est insoluble dans l'eau, l'acide chlorhydrique et l'acide sulfurique, mais facilement soluble dans l'acide mixte d'acide nitrique et d'acide fluorhydrique. Il a les caractéristiques d'une dureté similaire au diamant, d'une bonne conductivité et conductivité thermique, d'un faible coefficient de dilatation thermique, d'un module d'élasticité élevé et d'une résistance à la compression.

Il convient de mentionner que la taille des particules de la poudre de WC submicronique se situe entre le micron et le submicron, c'est-à-dire de 100 nm à 1,0 μ M, il n'est donc pas aussi facile de s'agglomérer que le sub nano WC dans un certain environnement, c'est-à-dire qu'il a de meilleures performances de dispersion. . En même temps, il n'a pas besoin d'avoir un temps de broyage long comme le micro WC, ce qui est plus propice à la préparation de carbure cémenté sous-microcristallin. Cependant, il n'est pas adapté à la technologie d'impression 3D car les particules sont trop grosses et les produits fabriqués sont relativement rugueux.

Préparation de poudre de carbure de tungstène submicronique

Plus la taille des particules de poudre de WC est petite, plus le temps de frittage requis dans le processus de préparation du matériau est court et plus la température requise pour la densification est basse. Par exemple, la poudre de nano WC commence à se densifier à 500 ° C, tandis que la poudre de WC submicronique commence à se densifier à 1200 ° C. Par conséquent, la préparation de poudre de WC avec une granulométrie inférieure à 100 nm peut constituer une bonne base pour son processus de frittage ultérieur. .

Depuis quelques années, les principales méthodes de préparation de poudres ultrafines ou nano WC sont : la mécanosynthèse, la carbonisation par réduction directe, la méthode sol gel, la carbonisation en phase vapeur, la méthode chimique en lit fixe en phase vapeur, la méthode plasma, etc.

1 méthode de mécanosynthèse

Liu Lin et al. Adopté la méthode d'alliage mécanique, d'abord mélangé la poudre W et la poudre C selon le rapport atomique de 1: 1, les mettre dans le tuyau en acier et introduire de l'argon, puis sélectionner la boule de broyage WC de 12 mm de diamètre, adopter le rapport de matériau de boule de 18 :1, et enfin effectué un broyage à billes à haute énergie sur le broyeur planétaire à billes. Grâce à cette méthode, une poudre de WC avec une granulométrie moyenne de 7,2 nm a été obtenue. Maxueming et al. La technologie d'alliage mécanique utilisée pour réduire la taille des particules à environ 75 μM de poudre W et de poudre C a été mélangée selon le rapport atomique de 1: 1, et le rapport de matériau de balle sélectionné était de 30: 1. La poudre de WC avec une granulométrie moyenne de 11,3 nm a été obtenue par broyage à billes sur un broyeur planétaire à billes à haute énergie qm-1f pendant 100h.

2 carbonisation par réduction directe

Les procédés de carbonisation par réduction pour préparer la poudre de WC ultrafine peuvent être divisés en deux catégories : (1) carbonisation par réduction en deux étapes : la première étape consiste à décomposer et à réduire le précurseur contenant w pour préparer la poudre W ; La deuxième étape consiste à mélanger la poudre W avec la substance contenant C et à la chauffer à haute température, puis à la carboniser par réaction chimique pour produire de la poudre WC. Dans cette méthode, la poudre W et la poudre C ont été mélangées et mises à réagir à haute température (1400-1600 ℃) pour former de la poudre WC. (2) Le procédé de carbonisation par réduction en une étape est le procédé de carbonisation par réduction directe : le précurseur contenant W est mélangé avec la substance contenant C, puis directement réduit et carbonisé à haute température pour former de la poudre de WC. Cette méthode peut non seulement améliorer l'efficacité de production de la poudre de WC, mais également obtenir une distribution plus uniforme de la poudre de WC et des grains plus fins.

Certains experts ont obtenu de la poudre de WC avec une granulométrie de 15 à 30 nm par carbonisation par réduction directe. La méthode de préparation est la suivante : avec WO3 et C comme matières premières, le mélange de WO3 et C est d'abord broyé humide, dans lequel le rapport atomique de C à W est supérieur à 1, puis la suspension broyée humide est séchée par pulvérisation, et puis le produit intermédiaire de la poudre de WC et de l'excès de C est préparé en réduisant la carbonisation à haute température (1000-1100 ℃) avec N2 comme gaz protecteur, et enfin la teneur en carbone est ajustée à (6,13 ± 0,05)%.

La poudre de nanocarbure de tungstène a été obtenue en incorporant une méthode de carbonisation par réduction directe. Les réactions de réduction et de combinaison sont effectuées dans un dispositif d'enrobage A12O3, qui peut fournir une atmosphère réductrice à haute température, afin d'éviter l'oxydation des WC. Les matières premières WO3 et C ont été prétraitées par broyage à billes à haute énergie, puis la réaction de synthèse a été réalisée à 1300 ℃ pendant 3 heures. Enfin, les produits de réaction ont été prétraités par broyage à boulets à haute énergie et une poudre de WC avec une granulométrie de 26 nm a été préparée après broyage à boulets pendant 40H.

Méthode des 3 sol-gels

La poudre de nanocarbure de tungstène est préparée par la méthode de carbonisation sol gel / in situ. Les étapes de préparation sont les suivantes : tout d'abord, du peroxyde d'hydrogène (la fraction massique de H202 est 30%) est ajouté à la poudre W (200 mesh), et l'acide acétique glacial et l'éthanol absolu sont utilisés comme stabilisants pour préparer le sol de tungstène jaune. L'excès d'eau est éliminé par évaporation, puis de l'éthanol absolu dissous dans de la résine phénolique est ajouté. Après mélange aux ultrasons, le sol contenant la source w et la source C est obtenu. Après vieillissement, un gel a été obtenu. Enfin, une poudre de WC avec une granulométrie de 10,2 nm a été préparée par carbonisation à 900 ℃ avec H2 et Ar comme gaz de protection.

4 carbonisation en phase gazeuse

La poudre de nanocarbure de tungstène a été obtenue par la méthode de carbonisation en phase gazeuse au Japon. Il a utilisé WCl6 comme source de w et CH4 comme source de phase gazeuse C pour préparer la poudre de WC avec une granulométrie de 20-30 nm par réaction chimique à haute température (1300-1400 ℃), et a discuté en détail de la relation granulométrique entre le système de produit réactif et la température de réaction. La société japonaise de tungstène de Tokyo a déposé une demande de brevet pour la préparation de poudre de WC ultra-fine par carbonisation directe avec WO3 comme source de w et CO comme gaz de carbonisation. La taille des particules et la teneur en C de la poudre de WC préparée peuvent être contrôlées.

5 Méthode de vapeur chimique à lit fixe

La poudre de WC d'environ 15 nm a été préparée avec succès par la méthode chimique en phase vapeur à lit fixe. Avec le nano WO3 comme source de w et l'acétylène comme source de C, les étapes de préparation sont les suivantes : placez le nano WO3 dans une nacelle de réaction en quartz, puis mettez la nacelle dans un réacteur tubulaire en acier inoxydable à haute température ; Après mise sous vide, H2 est introduit. Après avoir été maintenue à 660 ℃ pendant 1,5 h, la poudre nano WO3 est complètement réduite en poudre nano á -w. Ensuite, le débit de H2 est réduit et de l'acétylène est introduit. Après maintien à 800°C pendant 4h, la poudre nano á-w est transformée en poudre WC.

6 méthode plasma

Il existe une autre méthode courante pour préparer la poudre de WC ultra-fine/nano : la méthode plasma, qui utilise le plasma comme source de chaleur, et sa température peut atteindre 4000 ~ 5000 ℃. Sous une température aussi élevée, les matières premières en poudre se décomposent et réagissent pour produire les produits requis. Cette méthode utilise généralement WO3, WC ou w comme source w et CH4 comme source C. Après la réaction, il produit principalement β- La recherche de WC ou W2C, Kuriyama du Japon, etc. montre que lorsque le rapport molaire de CH4 à WC est supérieur à 15, β- La fraction massique de WC est 90%-95% et la particule la taille de la poudre est d'environ 10 nm. Observation TEM β- La taille des grains de WC est de 5 à 20 nm, ce qui a une bonne propriété fractionnelle.