[发明专利]粗晶-碳化钨生产方法

说明书

本发明涉及粗晶一碳化钨粉末的生产以及由它制成的粉末。

过去，一碳化钨粉末主要由两种方法生产，即直接碳化法和铝热法（又称为宏量法）。直接碳化是在大约1400℃至1700℃，用细粉碳把金属钨、钨酸或氧化钨粉末碳化，这种方法产生的是细的、形状很不规则的粉末，其典型的颗粒大小约在2至8微米之间。

用这种方法生产的粉末，Ti、Ta和Nb的含量很低，但总的碳含量却难于控制，各批产品含碳量都不同，一般在5.98到6.25（重量）%范围之间。虽然这种粉末适用于用普通的粉末冶金技术进一步加工成为烧结碳化物产品，例如采掘和金属切削工具的刀头，但其碳含量围绕碳化钨的化学计量含碳值（6.13w/o）上下变化，如果不通过均匀地混入碳（对于不足WC化学计量的产品，即碳含量＜6.13的）或钨或WC（对于超过WC化学剂量的产品，即碳含量＞6.13的），使产品的碳含量得到适当的调整，则在烧结过程中会产生不稳定性。

铝热法已在philip    C.Mc    kenna的美国专利3，379，503中详细叙述（已转让给Kennamctal公司，其说明书已收入进行全面参考）。铝热法也由E.N.Smith在“Metal    Powder    Report”杂志第35卷第2册（1980年2月）第53，54页上发表的题为“直接生产-碳化钨的宏量方法”一文中详细叙述过。在基于以上述专利为基础的工业生产方法中，钨矿精矿砂和氧化铁的混合物用金属铝还原，同时用一种碳源如碳化钙和碳进行碳化。如果所用的钨矿精矿砂中不存在足够量的锰，需要时可加入锰源。此外，有时也加入由以前各批铝热法生产所生成的工厂残渣（即炉渣），其中主要包含氧化钙，有时也加入铝酸钙。

调整反应物，使之在大约4433°F（2445℃）计算的温度上建立一种自持的放热反应。为使操作容易和便于调节反应，将炉料分成重量基本相同的等份，各自包装于薄铝片制成的袋内，以便逐渐进料并维持反应。

从工业生产的经验中发现，存在一个温度范围，其中计算的温度不应偏离最大值，约4500°F（2482℃）或最小值，约4372°F（2412℃），以使得不希望得到

的碳化物相如W₂C和别的碳化不足的M₃W₃C型化合物如Fe₃W₃C的生成量减至最小。为使反应维持在合适的计算温度范围之内，过去已经发现必需把低品位的钨矿精矿砂（钨含量低于55w/o）与高品位的钨矿精矿砂混合。低品位精矿砂中的杂质起稀释剂的作用，以帮助控制和降低计算的反应温度。

因为低品位钨矿精矿砂中也不包含象高品位钨矿精矿砂中那样多的氧，因此需要加入铁的氧化物如轧制铁鳞或铁矿粒，以提供和铝反应的附加的氧源。铁氧化物的铁有助于控制反应池的流动性，后者是由钨对铁加锰的比率所决定的。已发现为了使WC和反应过程中生成的炉渣适当地分离，并得到形成良好的大的WC结晶，W对Fe+Mn的比率应维持在大约2.125。

和高品位的矿砂相比，使用低品位钨矿精矿砂常包含较高的Ti、Nb和/或Ta等杂质含量，它们在过程中碳化，形成在生成的一碳化钨粉末中的碳化物固溶体。

反应是在圆形反应炉中进行的，炉中应能承受达到的温度，不受反应产物的影响。设计的反应炉用有绝缘碳背衬的厚石墨板作为内壁，把热损失减至最小;外壁由高温耐火砖砌成。炉顶用耐火砖部分地覆盖，并留有供进料和反应气体逸出的中心开口。

典型的炉料包含70，000公斤反应物，即：钨矿精矿砂，氧化铁，铝和碳化钙，还可包含一些工厂残渣、碳和锰源。全部还原和碳化反应约需60分钟，产生大约25，000公斤-碳化钨。

上述铝主要是铝桶的碎片，估计其中含有4w/o的金属铁，这主要是混入的钢桶的碎片。这些铝桶的碎片也含有Ti的杂质，主要来自桶上的油漆。

准备进行反应前，反应炉被预热至大约800℃。住已预热的炉内投入下述物质引发反应：（1）几袋含有下述组分的起始化合物的铝袋：24w/o细粉铝、71.9w/o氧化铁、2.4w/o氯酸钾和1.7w/o的硫。（2）几袋含有铝粉、氧化铁、碳化钙的起始或加热用混合物的铝袋。一旦形成融熔的铁池，为使反应维持在基本稳定的状态，应以必需的速度投入主要的炉料。