超硬合金を製造するための最も重要な原材料の 1 つとして、タングステン カーバイド (WC) 粉末の粒子形態(tài)、サイズ、粒子サイズ分布、および不純物含有量は、超硬合金の品質(zhì)と用途に直接影響します。 WC粉末は、粒子サイズに応じて、超粗いタングステンカーバイド、ミクロンタングステンカーバイド、サブミクロンタングステンカーバイド、サブナノタングステンカーバイド、ナノタングステンカーバイドに分けることができます。アプリケーションに関しては、サブミクロンのタングステンカーバイド粉末は、主に超硬合金、超硬切削工具、ジェットエンジン部品、キルン構(gòu)造部品の製造に使用されます。

サブミクロンの炭化タングステン粉末の特性

定義から、炭化タングステンは遷移金屬タングステンと非金屬炭素から構(gòu)成される化合物です。化學(xué)式は WC、分子量は 195.85 です。

WCは物理化學(xué)的性質(zhì)から見(jiàn)ると黒色の粒狀の粉末で、融點(diǎn)は約2870℃、沸點(diǎn)は約6000℃です。水、塩酸、硫酸には溶けませんが、硝酸とフッ酸の混酸にはよく溶けます。ダイヤモンドと同様の硬度、優(yōu)れた導(dǎo)電性と熱伝導(dǎo)性、低い熱膨張係數(shù)、高い弾性率、圧縮強(qiáng)度という特性を備えています。

サブミクロン WC 粉末の粒徑はミクロンとサブミクロンの間、つまり 100nm ～ 1.0 μM であるため、特定の環(huán)境下ではサブナノ WC ほど凝集しにくく、分散性能が優(yōu)れていることに注意してください。 。同時(shí)に、マイクロ WC のように長(zhǎng)い粉砕時(shí)間を必要とせず、準(zhǔn)微結(jié)晶質(zhì)超硬合金の調(diào)製にさらに役立ちます。ただし、粒子が大きすぎるため、製造された製品が比較的粗いため、3D プリント技術(shù)には適していません。

サブミクロンの炭化タングステン粉末の調(diào)製

WC 粉末の粒徑が小さいほど、材料準(zhǔn)備プロセスで必要な焼結(jié)時(shí)間が短くなり、緻密化に必要な溫度が低くなります。たとえば、ナノ WC 粉末は 500 °C で緻密化し始めますが、サブミクロンの WC 粉末は 1200 °C で緻密化し始めます。したがって、粒徑 100 nm 未満の WC 粉末の調(diào)製は、その後の焼結(jié)プロセスの良好な基盤を築くことができます。 。

近年、超微細(xì)またはナノ WC 粉末を製造する主な方法は、メカニカルアロイング、直接還元炭化、ゾルゲル法、気相炭化、固定床化學(xué)気相法、プラズマ法などです。

1 メカニカルアロイング法

劉林ら。メカニカルアロイング法を採(cǎi)用し、まずW粉末とC粉末を1:1の原子比に従って混合し、それらを鋼管に入れてアルゴンを?qū)毪?、次に直?2mmのWC粉砕ボールを選択し、ボール材料比18を採(cǎi)用しました。 ：１、最後に遊星ボールミルで高エネルギーボールミル粉砕を?qū)g施した。この方法により、平均粒徑7.2nmのWC粉末が得られた。マクスエミングら。メカニカルアロイング技術(shù)を用いて粒徑を約75μmまで微細(xì)化したW粉末とC粉末を原子比1:1で混合し、ボール材質(zhì)比は30:1とした。 qm-1f遊星型高エネルギーボールミルで100時(shí)間ボールミル粉砕することにより、平均粒徑11.3nmのWC粉末を得た。

2 直接還元炭化

超微粒子 WC 粉末を製造するための還元炭化方法は、次の 2 つのカテゴリーに分類できます。 (1) 二段階還元炭化。最初のステップでは、W を含む前駆體を分解および還元して W 粉末を製造します。第二段階では、W粉末とCを含む物質(zhì)を混合し、高溫で加熱し、化學(xué)反応により炭化し、WC粉末を製造します。この方法では、W粉末とC粉末を混合し、高溫（1400?1600℃）で反応させてWC粉末を形成します。 （２）一段還元炭化法とは、Ｗを含む前駆體とＣを含む物質(zhì)を混合し、高溫で直接還元炭化してＷＣ粉末を形成する直接還元炭化法である。この方法は、WC粉末の生産効率を向上させるだけでなく、WC粉末のより均一な分布とより微細(xì)な粒子を得ることができます。

一部の専門家は、直接還元炭化により粒徑 15 ～ 30nm の WC 粉末を取得しました。調(diào)製方法は次のとおりです。WO3とCを原料として、WO3とCの混合物を最初に濕式粉砕し、Wに対するCの原子比が1より大きく、次に濕式粉砕スラリーを噴霧乾燥し、次に、保護(hù)ガスとしてN2を使用して高溫（1000?1100℃）で炭化還元することによってWC粉末と過(guò)剰のCの中間生成物を調(diào)製し、最終的に炭素含有量を（6.13±0.05）%に調(diào)整します。

埋め込み直接還元炭化法によりナノ炭化タングステン粉末を得た。還元および結(jié)合反応は、WC の酸化を避けるために高溫で還元雰囲気を提供できる A12O3 埋め込み裝置內(nèi)で実行されます。原料のWO3とCを高エネルギーボールミルで前処理し、1300℃で3時(shí)間合成反応を行った。最後に、反応生成物を高エネルギーボールミル粉砕によって前処理し、40時(shí)間のボールミル粉砕後に粒徑26nmのWC粉末を調(diào)製した。

3ゾルゲル法

ナノタングステンカーバイド粉末は、ゾルゲル/その場(chǎng)炭化法によって調(diào)製されます。調(diào)製手順は次のとおりです。まず、W 粉末 (200 メッシュ) に過(guò)酸化水素 (H2O2 の質(zhì)量分率は 30%) を添加し、安定剤として氷酢酸と無(wú)水エタノールを使用して黃色のタングステンゾルを調(diào)製します。過(guò)剰な水を蒸発により除去し、次いでフェノール樹脂に溶解した無(wú)水エタノールを添加する。超音波混合後、ｗ源とＣ源を含むゾルが得られ、熟成後、ゲルが得られた。最後に,H2とArをシールドガスとして900℃で炭化することにより,粒徑10.2nmのWC粉末を調(diào)製した。

4 気相炭化

ナノタングステンカーバイド粉末は、日本の気相炭化法によって得られました。彼は、W 源として WCl6、気相 C 源として CH4 を使用し、高溫 (1300 ～ 1400 ℃) での化學(xué)反応により粒徑 20 ～ 30 nm の WC 粉末を調(diào)製し、両者の粒徑関係を詳細(xì)に議論しました。反応生成物系と反応溫度。日本の東京タングステン會(huì)社は、W源としてWO3、炭化ガスとしてCOを使用した直接炭化による超微粒子WC粉末の製造に関する特許を申請(qǐng)した。調(diào)製されたWC粉末の粒徑とC含有量を制御することができます。

5 固定床化學(xué)蒸気法

固定床化學(xué)気相法により約15nmのWC粉末を調(diào)製することに成功した。 w 源としてナノ WO3 を、C 源としてアセチレンを使用した場(chǎng)合の準(zhǔn)備手順は次のとおりです。ナノ WO3 を石英反応ボートに入れ、次にボートを高溫のステンレス鋼管狀反応器に置きます。真空にした後、H2を?qū)毪筏蓼埂?660℃で1.5時(shí)間保持した後、ナノWO3粉末は完全にナノα-w粉末に還元される。次に、H2 の流れを減らし、アセチレンを?qū)毪筏蓼埂?800℃で4時(shí)間保持すると、ナノα-W粉末はWC粉末に変化します。

6 プラズマ法

超微細(xì)/ナノ WC パウダーを製造するもう 1 つの一般的な方法は、プラズマを熱源として使用するプラズマ法であり、その溫度は 4000 ～ 5000 ℃に達(dá)します。このような高溫下では、粉末原料が分解および反応して必要な製品が生成されます。この方法では通常、w ソースとして WO3、WC、または w が使用され、C ソースとして CH4 が使用されます。反応後、主にβ-WCまたはW2C、日本の栗山等の研究によると、WCに対するCH4のモル比が15より大きい場(chǎng)合、β-WCの質(zhì)量分率は90%～95%であり、粒子は粉末の大きさは約10nmです。 TEM 観察 β- WC の粒徑は 5 ～ 20nm で分別特性が良好です。