气基还原氧化钨制备钨及碳化钨粉基础研究
发布时间：2021-08-24 11:44
碳化钨具有高强度、高硬度、高热电阻性和良好的耐热蚀性等优良的理化性能,被广泛的应用于硬质合金的生产中。随着科学技术的进步,以碳化钨为原料制备的热喷涂材料开始广泛的应用于航空航天、军工兵器等高科技领域。另外,碳化钨在催化领域也开始扮演越来越重要的角色。目前工业上仍是采用钨粉作原料通过高温碳化来生产碳化钨粉,而钨粉的制备同样需要经过复杂的工艺流程,因此碳化钨的生产仍存在着工艺流程复杂、生产成本高和整体生产效率低等问题。本文研究了以三氧化钨为原料,甲醇和一氧化碳为还原剂来制备钨及碳化钨粉的工艺过程。采用了Factsage软件、热重分析、X射线衍射、透射电镜、扫描电镜以及BET比表面积分析等分析检测技术对三氧化钨在不同制备条件（不同碳源、反应温度、时间）下的物相转变、形貌演变、粒度变化以及反应机理进行了探讨,取得的研究成果如下:甲醇还原三氧化钨的实验研究表明:随着反应温度的升高,氧化钨的还原速率加快,但是碳化速率会随之变慢。碳化钨的生成路径、微观形貌和粒度也会随着反应温度的升高而发生变化:在较低温度下,三氧化钨的还原碳化路径为WO3→W18O
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
W-C二元体系的相图[1]
重庆大学硕士学位论文6还原过程不是控制钨粉最终形貌的关键过程。陈丽杰等[35]研究发现蓝钨作为原料制备的钨粉粒度在1μm左右。虽然蓝钨作为原材料在氢气还原制备过程中能得到粒度很细的微米甚至纳米级的钨粉，但是在工业生产中很难精确控制蓝钨的结构和成分，因此对最终钨粉的粒度和均匀性也会产生很大的影响。图1.2工业生产钨粉的流程图[33]Fig.1.2Processflowfortungstenproduction[33]②溶胶-凝胶法溶胶凝胶法是将高化学活性组分的钨前驱体溶解于溶剂中，在液相中经过水解、缩聚等化学方法形成稳定的溶胶体系，经过陈化处理，胶粒间缓慢聚合形成凝胶，再经过干燥，煅烧和还原等工艺后在低温下制备出纯度高、粒径分布均匀的纳米粉末。卢平等[36]利用偏钨酸铵作为钨前驱体，加入聚乙二醇和柠檬酸作为表面活性剂和络合剂通过水浴加热，烘干陈化得到干凝胶，经过600oC煅烧2h后升温至900oC在氢气气氛下还原制备出了平均粒径为80nm左右的纳米钨粉。曾效舒等[37]等利用钨酸钠制备钨酸凝胶后在600oC焙烧脱除结晶水后在还原炉中氢气还原，制备出了20~30nm的纳米级钨粉。
重庆大学硕士学位论文8化所需的反应温度很高，极大地增加了生产能耗，同时制备的碳化钨粉的纯度不高，粉末粒度较大，需要经过很长时间的球磨工序才能得到粒度较细的碳化钨粉。图1.3碳化钨生产的工艺流程图Fig.1.3Processflowchartfortungstencarbideproduction近年来，国内外对碳化钨粉末的制备技术进行了充分的探索，很多新的制备方法不断涌现。碳化钨粉末的制备技术和最新进展总结如下。①机械合金化法近年来，机械合金化法因其简易的工序和相对低廉的成本快速发展为一项制备新型材料的新技术。机械合金化法又称高能球磨法，基本原理为利用高能球磨下的机械驱动力来诱发化学反应或者诱导材料的组织和结构性能发生变化。这种方法不仅可以显著降低化学反应的活化能，从而得到颗粒很细、分布均匀的产品，还能够极大的提升粉体活性以及材料的致密度以及热电学性能，在常温下即可制备出许多常规方法难以制备的材料。很多研究者尝试利用高能球磨法来制备碳化钨，并取得了很好的效果。浙江大学解全东等[48]通过高能球磨钨粉和石墨的混合物，球磨28小时后在800oC进行退火处理后得到了单一的碳化钨相，较于传统方法极大的降低了碳化温度，大大简化了制备工序，降低了能耗。马学鸣等[49]将钨
【参考文献】：
期刊论文
[1]钨对催化剂MoNi/γ-Al2O3加氢脱氧性能的影响[J]. 李继涛,党迎喜,张晓燕,孙殿成,沈健. 精细石油化工. 2018(05)
[2]不同氧含量的氧化钨粉对超细钨粉制备的影响[J]. 陈丽杰,田磊,徐志峰,谢中华,聂华平. 有色金属(冶炼部分). 2018(06)
[3]Plasticity and microstructure evolution of W-CeO2 rods with different short-duration pulse currents[J]. Wen-Guang Zhu,Jian-Can Yang,Jie Cao,Lin Huang,Yu-Chen Xi,Zuo-Ren Nie. Rare Metals. 2017(12)
[4]不同方法制备的球形铸造碳化钨粉末的性能研究[J]. 王蕾,刘辛,谢焕文,邹黎明,蔡一湘. 粉末冶金工业. 2017(04)
[5]ETFE热重曲线的影响因素及改进方法[J]. 周宁,魏刚,王学军. 有机氟工业. 2017(02)
[6]碳化钨-石墨烯插层复合物的制备及作为甲醇氧化助催化剂的性能研究（英文）[J]. 施梅勤,章文天,李影影,褚有群,马淳安. 催化学报. 2016(11)
[7]添加碳对氧化钨氢还原制备纳米钨粉的影响[J]. 叶楠,唐建成,卓海鸥,吴桐,薛滢妤. 稀有金属材料与工程. 2016(09)
[8]难熔金属表面高温防护涂层研究进展与技术展望[J]. 汪欣,李争显,杜继红,王少鹏. 装备环境工程. 2016(03)
[9]WC碳含量对WC-TiC-（Co,Ni）硬质合金组织及性能的影响[J]. 王晓灵,熊超伟. 四川冶金. 2015(04)
[10]热喷涂技术制备碳化钨涂层的研究现状和发展趋势[J]. 石琦,江涛,周勇. 科技创新导报. 2014(10)
硕士论文
[1]以钨酸钠为原料制取碳化钨粉的实验研究[D]. 李应龙.东北大学 2014
[2]钨催化剂的制备及在催化氧化脱硫等反应中的应用[D]. 徐庆荣.南昌大学 2008
[3]钨铜电子封装材料的工程化研究[D]. 陈德欣.中南大学 2005
[4]纳米碳化钨催化剂的研究[D]. 孙鹏.武汉理工大学 2005
本文编号：3359928
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
W-C二元体系的相图[1]
重庆大学硕士学位论文6还原过程不是控制钨粉最终形貌的关键过程。陈丽杰等[35]研究发现蓝钨作为原料制备的钨粉粒度在1μm左右。虽然蓝钨作为原材料在氢气还原制备过程中能得到粒度很细的微米甚至纳米级的钨粉，但是在工业生产中很难精确控制蓝钨的结构和成分，因此对最终钨粉的粒度和均匀性也会产生很大的影响。图1.2工业生产钨粉的流程图[33]Fig.1.2Processflowfortungstenproduction[33]②溶胶-凝胶法溶胶凝胶法是将高化学活性组分的钨前驱体溶解于溶剂中，在液相中经过水解、缩聚等化学方法形成稳定的溶胶体系，经过陈化处理，胶粒间缓慢聚合形成凝胶，再经过干燥，煅烧和还原等工艺后在低温下制备出纯度高、粒径分布均匀的纳米粉末。卢平等[36]利用偏钨酸铵作为钨前驱体，加入聚乙二醇和柠檬酸作为表面活性剂和络合剂通过水浴加热，烘干陈化得到干凝胶，经过600oC煅烧2h后升温至900oC在氢气气氛下还原制备出了平均粒径为80nm左右的纳米钨粉。曾效舒等[37]等利用钨酸钠制备钨酸凝胶后在600oC焙烧脱除结晶水后在还原炉中氢气还原，制备出了20~30nm的纳米级钨粉。
重庆大学硕士学位论文8化所需的反应温度很高，极大地增加了生产能耗，同时制备的碳化钨粉的纯度不高，粉末粒度较大，需要经过很长时间的球磨工序才能得到粒度较细的碳化钨粉。图1.3碳化钨生产的工艺流程图Fig.1.3Processflowchartfortungstencarbideproduction近年来，国内外对碳化钨粉末的制备技术进行了充分的探索，很多新的制备方法不断涌现。碳化钨粉末的制备技术和最新进展总结如下。①机械合金化法近年来，机械合金化法因其简易的工序和相对低廉的成本快速发展为一项制备新型材料的新技术。机械合金化法又称高能球磨法，基本原理为利用高能球磨下的机械驱动力来诱发化学反应或者诱导材料的组织和结构性能发生变化。这种方法不仅可以显著降低化学反应的活化能，从而得到颗粒很细、分布均匀的产品，还能够极大的提升粉体活性以及材料的致密度以及热电学性能，在常温下即可制备出许多常规方法难以制备的材料。很多研究者尝试利用高能球磨法来制备碳化钨，并取得了很好的效果。浙江大学解全东等[48]通过高能球磨钨粉和石墨的混合物，球磨28小时后在800oC进行退火处理后得到了单一的碳化钨相，较于传统方法极大的降低了碳化温度，大大简化了制备工序，降低了能耗。马学鸣等[49]将钨
【参考文献】：
期刊论文
[1]钨对催化剂MoNi/γ-Al2O3加氢脱氧性能的影响[J]. 李继涛,党迎喜,张晓燕,孙殿成,沈健. 精细石油化工. 2018(05)
[2]不同氧含量的氧化钨粉对超细钨粉制备的影响[J]. 陈丽杰,田磊,徐志峰,谢中华,聂华平. 有色金属(冶炼部分). 2018(06)
[3]Plasticity and microstructure evolution of W-CeO2 rods with different short-duration pulse currents[J]. Wen-Guang Zhu,Jian-Can Yang,Jie Cao,Lin Huang,Yu-Chen Xi,Zuo-Ren Nie. Rare Metals. 2017(12)
[4]不同方法制备的球形铸造碳化钨粉末的性能研究[J]. 王蕾,刘辛,谢焕文,邹黎明,蔡一湘. 粉末冶金工业. 2017(04)
[5]ETFE热重曲线的影响因素及改进方法[J]. 周宁,魏刚,王学军. 有机氟工业. 2017(02)
[6]碳化钨-石墨烯插层复合物的制备及作为甲醇氧化助催化剂的性能研究（英文）[J]. 施梅勤,章文天,李影影,褚有群,马淳安. 催化学报. 2016(11)
[7]添加碳对氧化钨氢还原制备纳米钨粉的影响[J]. 叶楠,唐建成,卓海鸥,吴桐,薛滢妤. 稀有金属材料与工程. 2016(09)
[8]难熔金属表面高温防护涂层研究进展与技术展望[J]. 汪欣,李争显,杜继红,王少鹏. 装备环境工程. 2016(03)
[9]WC碳含量对WC-TiC-（Co,Ni）硬质合金组织及性能的影响[J]. 王晓灵,熊超伟. 四川冶金. 2015(04)
[10]热喷涂技术制备碳化钨涂层的研究现状和发展趋势[J]. 石琦,江涛,周勇. 科技创新导报. 2014(10)
硕士论文
[1]以钨酸钠为原料制取碳化钨粉的实验研究[D]. 李应龙.东北大学 2014
[2]钨催化剂的制备及在催化氧化脱硫等反应中的应用[D]. 徐庆荣.南昌大学 2008
[3]钨铜电子封装材料的工程化研究[D]. 陈德欣.中南大学 2005
[4]纳米碳化钨催化剂的研究[D]. 孙鹏.武汉理工大学 2005
本文编号：3359928
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