什么是亚微米碳化钨？

作为生产硬质合金最重要的原材料之一，碳化钨（WC）粉末的颗粒形貌、大小、粒度分布和杂质含量等将直接影响硬质合金的质量和应用。 WC粉按粒度可分为超粗碳化钨、微米碳化钨、亚微米碳化钨、亚纳米碳化钨和纳米碳化钨。在应用方面，亚微米碳化钨粉主要用于生产硬质合金、超硬刀具、喷气发动机零件和窑炉结构件。

亚微米碳化钨粉的性能

从定义上看，碳化钨是由过渡金属钨和非金属碳组成的化合物。其化学式为WC，分子量为195.85。

从理化性质看，WC为黑色颗粒状粉末，熔点约2870℃，沸点约6000℃。不溶于水、盐酸和硫酸，易溶于硝酸和氢氟酸的混酸。具有与金刚石相近的硬度、良好的导电性和导热性、热膨胀系数低、弹性模量和抗压强度高等特点。

值得一提的是，亚微米WC粉末的粒径介于微米与亚微米之间，即100nm至1.0μm，因此在一定环境下不像亚纳米WC那样容易团聚，即具有更好的分散性能.同时它不需要像微WC那样具有较长的球磨时间，更有利于亚微晶硬质合金的制备。但不适合3D打印技术，因为颗粒太大，制作出来的产品比较粗糙。

亚微米碳化钨粉的制备

WC粉的粒径越小，材料制备过程中所需的烧结时间越短，致密化所需的温度也越低。例如纳米WC粉在500℃开始致密化，而亚微米WC粉在1200℃开始致密化。因此，制备粒径小于100nm的WC粉可以为其后续的烧结工艺打下良好的基础.

近年来制备超细或纳米WC粉体的主要方法有：机械合金化法、直接还原碳化法、溶胶凝胶法、气相碳化法、固定床化学气相法、等离子体法等。

1 机械合金化法

刘林等。采用机械合金化方法，先将W粉和C粉按1:1的原子比混合，放入钢管中通入氩气，然后选用直径12mm的WC磨球，采用球料比18 :1，最后在行星式球磨机上进行高能球磨。通过这种方法，获得了平均粒径为7.2nm的WC粉末。马雪明等。采用机械合金化技术将W粉和C粉按1:1的原子比混合，粒径降至75 μm左右，所选球料比为30:1。在qm-1f行星式高能球磨机上球磨100h得到平均粒径为11.3nm的WC粉体。

2 直接还原碳化

制备超细WC粉的还原碳化方法可分为两大类：（1）两步还原碳化：第一步分解还原含w的前驱体制备W粉；第二步是将W粉与含有C的物质混合，加热至高温，通过化学反应碳化，制成WC粉。在该方法中，W粉和C粉在高温（1400-1600℃）下混合并反应形成WC粉。 (2)一步还原碳化法即直接还原碳化法：将含W的前驱体与含C的物质混合，然后在高温下直接还原碳化，形成WC粉末。这种方法不仅可以提高WC粉的生产效率，而且可以获得分布更均匀、晶粒更细的WC粉。

一些专家通过直接还原碳化得到粒度为15-30nm的WC粉末。其制备方法是以WO3和C为原料，先将WO3和C的混合物湿磨，其中C与W的原子比大于1，然后将湿磨浆液喷雾干燥，然后以N2为保护气体，通过高温（1000-1100℃）还原碳化制备WC粉与过量C的中间产物，最后调整碳含量为（6.13±0.05）%。

采用包埋直接还原碳化法制备纳米碳化钨粉。还原化合反应在A12O3包埋装置中进行，可提供高温还原气氛，避免WC氧化。原料WO3和C经过高能球磨预处理，然后在1300℃下进行合成反应3小时。最后对反应产物进行高能球磨预处理，球磨40h后得到粒径为26nm的WC粉体。

3溶胶凝胶法

纳米碳化钨粉采用溶胶凝胶/原位碳化法制备。其制备步骤如下：首先，在钨粉（200目）中加入过氧化氢（H2O2的质量分数为30%），以冰醋酸和无水乙醇为稳定剂，配制成黄色钨溶胶。蒸发除去多余的水，然后加入溶解在酚醛树脂中的无水乙醇。超声混合后得到含钨源和碳源的溶胶，老化后得到凝胶。最后，在H2和Ar作为保护气体的900℃碳化条件下，制备出粒径为10.2nm的WC粉末。

4气相炭化

纳米碳化钨粉是在日本采用气相碳化法制得的。他以WCl6为钨源，CH4为气相碳源，在高温（1300-1400℃）下通过化学反应制备了晶粒尺寸为20-30nm的WC粉体，并详细讨论了晶粒尺寸与碳源之间的关系。反应产物体系和反应温度。日本东京钨业公司申请了以WO3为钨源、CO为碳化气体的直接碳化法制备超细WC粉体的专利。制备的WC粉体的粒径和C含量是可以控制的。

5 固定床化学气相法

采用固定床化学气相法成功制备了15nm左右的WC粉体。以纳米WO3为W源，乙炔为C源，制备步骤如下：将纳米WO3放入石英反应舟中，然后将舟放入高温不锈钢管式反应器中；抽真空后，引入 H2。 660℃保温1.5h后，纳米WO3粉完全还原为纳米á-w粉。然后，减少 H2 流量并引入乙炔。 800℃保温4h后，纳米á-w粉体转变为WC粉体。

6等离子法

另一种制备超细/纳米WC粉体的常用方法是等离子体法，它以等离子体为热源，其温度可达4000～5000℃。在如此高的温度下，粉状原料会发生分解反应，生成所需的产品。该方法一般采用WO3、WC或w作为w源，CH4作为C源。反应后主要生成β-WC或W2C，日本Kuriyama等研究表明，当CH4与WC的摩尔比大于15时，β-WC的质量分数为90%-95%，粒子粉末的大小约为10nm。 TEM观察β-WC的晶粒尺寸为5-20nm，具有良好的分级性能。