[发明专利]一种制备碳氮化钨的方法

说明书

本发明提供了一种制备碳氮化钨的方法，是将金属钨和/或含钨和氧的化合物或这些化合物的混合物与有机碳或者无机碳混合形成原料，然后在反应炉中直接对原料自身通电使其发热并逐步升温到600℃以上，还原氮化生成碳氮化钨。本发明的优点是热效率高，电耗低，产品一致性好，工艺稳定，生产能力大。

技术领域

本发明属于钢铁冶金领域，涉及碳氮化钨的制备方法。

背景技术

碳氮化钨（碳化钨、氮化钨，或者碳化钨和氮化钨的固溶体或混晶，以下统称碳氮化钨）具有熔点高，硬度大，作为超硬材料、炼钢添加剂、耐磨材料、催化剂等，应用广泛。一般用作超硬材料时，为碳化钨。用作催化剂时，可以是氮化钨、碳化钨或者它们的混合物或者固溶体形式的碳氮化钨。

碳氮化钨的制备，有化学气相沉积法(CVD)，真空等离子体溅射法，钨金属或钨合金直接氮化法，三氧化钨碳热还原氮化法等。工业上的碳化钨的制备，一般以仲钨酸铵为起始原料，将其加热到700℃左右分解为氧化钨WOx(2≤x≤3)，然后用氢气还原氧化钨生成金属钨粉，再用C原料或CO碳化金属钨得到碳化钨。三步反应一般在两个或者三个反应器中分段进行，也就是仲钨酸铵原料要经过两次或者三次升温降温的加热过程才能生成碳化钨，能耗高，流程长。而且氢还原过程，很容易产生晶粒较大的氧化钨，使得最终碳化钨产品的晶粒变大。

也有研究以钨白为原料碳热还原一步生成碳化钨。有以钨氧化钨为原料，碳热还原一步生成碳化钨的。

制备高氮含量的碳氮化钨或者氮化钨的时候，一般是在700℃左右用氨气还原仲钨酸铵或者氧化钨生成氮化物，然后用CO或者其它碳源渗碳形成碳氮化钨或者碳化钨和氮化物的混晶。

虽然热力学上，碳化钨的生成能够在低于1000℃下进行，但是为了兼顾反应动力学，也即是为了在有限的时间内反应快速且彻底，往往碳化反应这步一般在1200℃以上进行，有的甚至达到1600℃。仲钨酸铵的分解和氧化钨的还原反应温度较低一点，一般在900℃以下。因此现有的大规模工业生产碳化钨，碳化反应一般在钼丝炉或者碳管炉中进行，反应的固体物料如金属钨粉或者氧化钨和/或碳粉被放置在镍舟中或者其它材料的坩埚中，热量需要从发热元件传递到反应物料，热效率低，电耗高。镍舟和坩埚中的物料，内外受热不均，产品的质量一致性不好，也因此物料在坩埚或镍舟中不能堆积太厚，产量小。而且镍舟或者坩埚容易损坏且易与产品形成粘连。

综上所述，现有碳氮化钨生产过程，流程复杂，设备产能低，能耗高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能耗低、设备产能大、产品质量一致性好、工艺过程稳定的碳氮化钨生产工艺。通过在反应炉中用电源电极对钨原料和/或碳质还原剂或者其在反应过程中生成的固体物料直接通电，然后物料自身的电阻或者原料颗粒或者块之间的接触电阻在电流的作用下发热而加热固体原料。

本发明的目的是这样实现的：

将钨原料和/或碳质还原剂混合形成固体原料，然后将其进料到反应炉中加热，加热过程中钨原料在还原气氛中经过还原碳氮化过程而合成碳氮化钨，其特征在于：所述钨原料为：金属钨粉和/或含钨和氧的化合物或者这些化合物的混合物；所述的加热过程为：在反应炉中通过电源电极对所述的固体原料和/或其在所述的加热过程中变化所得的物料(以下统称物料)直接通电，通过物料自身的电阻或者物料颗粒或者块之间的接触电阻发热而加热物料，并且所述的物料经过的最高温度不低于600℃，处于预热段的物料里面没有通电，其依靠与通电段的物流接触传热或者通过流经通电段的物流的气体对流传热获得热量而升温预热；所述的固体原料在含有所述的碳质还原剂时，是通过将钨原料和碳质还原剂的原料混合、碾压或挤压、球磨、湿磨和/或压块形成的；所述的还原碳氮化过程在小于5MPa的还原气氛下进行。