[发明专利]一种微波辅助球磨制备超细钨基合金粉的工艺

说明书

技术领域

本发明属于钨粉制备领域，具体是一种微波辅助球磨制备超细钨基合金粉的工艺。

背景技术

随着微电子工业、能源、航空、机械工业等领域快速发展，超细钨粉的需求日益扩大，具体体现在以下几个方面：（1）用于合金钢。主要用作高速切削钢，含钨量为8%~20%；（2）制作耐热耐磨合金。添加Cr、Co、Ta、Mo和Re等元素可获得钨合金，含钨量为3%~15%，用于航空发动机、透平机叶片等承受强烈磨损的零件；（3）制作电光源及发热体。通过压、轧制、拉拔制成的钨丝、钨材，广泛用于照明灯、真空电炉发热体等；(4)制作触点合金和高密度合金。用粉末冶金法制作的W-Cu、W-Ag等合金，具有高导电、高耐磨性，是制作高压断路器、开关及引擎火花塞电极的理想触点材料。高密度合金如W-Ni-Cu、W-Ni-Fe合金主要用于制作陀螺仪转子、放射性安全屏及穿甲弹头等。对于钨粉的制备方法国内外学者进行了大量的探索研究，目前，主要的工艺方法有氢还原法、溶胶-凝胶法、高能球磨法、冷冻干燥法、熔盐电解法、自蔓延高温还原法以及喷雾干燥-流化床法等。

氢还原法的工艺流程为：氧化钨→氢气还原→过筛→合批→钨粉。此工艺具有简捷易行、先进合理、稳定可靠、成本低等特点。随着钨粉制造水平的提高，在选用氧化钨原料方面有了很大进展，从开始以钨酸（H₂WO₄）和黄钨（WO₃）为原料到现在普遍采用蓝钨（WO_2.90）和紫钨（WO_2.72）为原料。原料结构、成分及其物理化学性质对钨粉的粒度及均匀性的影响很大。在还原过程中，通过调节各种工艺参数，如还原温度、料层厚度、氢气流量、通气方向等，可以控制还原后得到的钨粉的粒度。近年来一些研究人员从前驱体粉末的处理上着手，在原有的基础上进行改进，研制出一批新的制备纳米钨粉的方法。孙雯等用特殊混合、蒸发、结晶制取超细APT，在500℃下煅烧制备黄钨，然后在600℃下用H₂/Ar混合气体还原得到比表面为7.6m²/g、粒度为40~80nm的钨粉。

溶胶-凝胶法（Sol·Gel）以其低温制备纯度高，粒径均匀合金粉末的优点受到广泛关注。S.R.aghunathan等用溶胶-凝胶法制备了多种纳米W基合金复合粉末，如W-Mo、W-Cu、WC-Co复合粉末。姚敏琪等人进行了溶胶-凝胶法制备钨基合粉体发现此法存在成本高、周期长、产品易断裂等问题带解决。沈春英等用白钨酸加入到络合剂草酸溶液中经反应后得到稳定的钨酸溶胶，然后再在溶胶中加入沉淀剂CATB后产生白色凝胶，经干燥、煅烧、还原后得到粒度为0.2nm的近球状均匀超细钨粉。

George D．white和william E．Gurwell采用冷冻干燥法（Freeze Drying）制备了含钨量为70％、90％和97％三种W-Ni-Fe高密度复合粉末。采用这种方法制备出呈珊瑚状的复合粉末，粉末粒度为100nm左右。此法具有产量大， 产品颗粒均匀，但杂质碳、氧高等特点。

喷雾干燥法以其工艺简单、产品颗粒均匀、可制备多组员复合粉末等优点被国内外专家广泛研究。P．Seegopau J等人用喷雾转换法生产了WC晶粒小于50nm且在钴相中分布良好的WC-Co复合粉。国内张丽英等人用溶液超声喷雾转换方法制得了纳米级的W-Ni-Fe-V系和W-Ni-F-Y系钨合金复合氧化物粉末，其BET粒度为30 nm，形貌近似球形。

自蔓延高温还原法（Self-propagating High-temperature Synthesis，简称SHS）是早在上世纪60年代苏联科学家发现并提出的，之后再世界范围内进行了广泛的研究和开发。在制备超细钨粉方面也有一定的应用，如王延玲等采用SHS法制备的钨粉，平均粒径为0.187μm、比表面积为1.09m²/g、纯度≥99.0%。此法具有工艺高效、节能等优点。但是在实际应用中还存在许多工艺技术等方面的难题，如SHS燃烧速度和反应过程难以控制。目前，该方法还停留在实验研究阶段，还需进一步研究。

机械-化学合成法、等离子体法、共沉淀法等工艺也被用于钨基合金粉末制备。由于存在过程条件高、产量小、产品质量难以控制等问题，研究受到限制。