一种纳米钨粉的制备方法

本发明属于纳米材料，具体涉及一种纳米钨粉的制备方法。

背景技术：

1、纳米晶碳化钨基硬质合金具有高硬度和高耐磨性，同时兼具高强度和高韧性，广泛应用于军工、航天航空、精密加工等领域。纳米钨粉是制备纳米晶碳化钨基硬质合金的主要原料，当前国内外工业上生产钨粉的主要方法是利用氢气还原氧化钨。然而，在氢气还原过程中，氢原子和氧原子结合生成的气相产物水蒸气会与氧化钨反应，使得钨源可以通过wo2(oh)2的形式进行气相迁移，并沉积在钨颗粒上，导致还原后的钨颗粒的粒径较大，以此为原料难以制得粒径均匀的纳米碳化钨。

2、目前，纳米钨粉的制备方法主要有高能球磨法、气体蒸发法、等离子体法和氧化钨粉还原法等。wanger等人用高能球磨法制备出晶粒尺寸5nm的钨粉。但该方法存在能耗高、球磨过程会引入杂质、长时间球磨导致钨粉颗粒团聚严重等问题。日本学者用射频等离子体与直流电弧组成的混合等离子体制备出平均晶粒度为10nm的钨粉。然而该法仍处于研制阶段，离工业化生产还有较大的距离。傅小明等用紫钨连续循环三次还原两次氧化工艺，制备出平均比表面积为1.082m2/g的钨粉，但所得粉末存在严重的团聚现象。

3、同时，检索发现到目前为止还未见采用动态还原法来制备粒径小于160nm的纳米钨粉。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提出用动态还原法，在惰性气氛或真空气氛下以炭黑为还原剂还原氧化钨。一方面，用炭黑作还原剂，可以避免氢气还原过程中的气相迁移导致的钨颗粒长大；另一方面，动态还原法可以使物料在还原过程中处于翻滚状态，反应物之间能够充分接触，促进还原反应快速均匀进行，从而制得均匀细小的钨粉。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明一种纳米钨粉的制备方法，包括以下步骤：将氧化钨和炭黑混合，得到混合粉；在惰性气氛或真空气氛下，对所述混合粉进行搅拌还原和/或滚动还原，得到纳米钨粉；所述氧化钨的粒径为20～100微米；炭黑的粒径为20～60nm；还原时，控制温度为800～1200℃。

4、优选的，所述混合粉中炭黑和氧化钨的摩尔比为2.0～4.0。

5、作为进一步的优选，所述混合粉中炭黑和氧化钨的摩尔比为3.05～3.55。优选的，所述氧化钨优选为黄钨。

6、优选的，所述混合在v型混料机、三维混料机或球磨机中进行。

7、作为进一步的优选，球磨时控制转速为150-200r/min、时间为3-10h、更进一步优选为4-10h。

8、优选的，所述还原温度为800～1120℃，保温时间为10～120min、进一步优选为40～80min、更进一步优选为55～65min。

9、优选的，所述还原温度为1040～1100℃。为了得到粒径更小的产物，还原温度可采用1040～1060℃。

10、优选的，所述还原在回转炉内进行。作为进一步的优选，回转炉的转速为5～20转/min。惰性气氛为氮气、氩气等。真空还原时，控制炉内的真空度为0.1～100pa。

11、本发明，所得产物是平均粒径为70～160nm的纳米钨粉。

12、原理和优势

13、本发明采用固态钨源和碳源，通过混料使纳米炭黑颗粒均匀附着在微米级别氧化钨表面，并为还原反应提供大量的形核位点，从而制备出粒径细小的钨粉提供了必要条件。本发明以固态炭黑为还原剂可以有效避免传统氢气还原过程中，由于水蒸气与钨氧化钨反应生成气相化合物wo2(oh)2后通过挥发-沉积机制导致w颗粒的异常长大，更适合制备纳米钨粉。

14、此外，传统工艺大都是将粉末料放置于舟皿内，再将舟皿推入加热炉中进行还原。在这种静态还原工艺下，因为粉末料存在一定厚度，导致舟皿表面料层与底部料层反应不均匀，制备出的钨粉粒度相差较大。而采用回转炉生产纳米钨粉，通过控制转速为5～20r/min可以使粉末料在整个还原过程中处于不断翻滚的状态，在此动态条件下，还原剂炭黑能够和钨氧化物充分接触，从而达到使反应快速均匀进行的目的。因此动态碳热还原法能够制备出均匀且细小的钨粉。

技术特征：

1.一种纳米钨粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将氧化钨和炭黑混合，得到混合粉；在惰性气氛或真空气氛下，对所述混合粉进行搅拌还原和/或滚动还原，得到纳米钨粉；所述氧化钨的粒径为20～100微米；炭黑的粒径为20～60nm；还原时，控制温度为800～1200℃。

2.根据权利要求1所述的一种纳米钨粉的制备方法，其特征在于：所述混合粉中炭黑和氧化钨的摩尔比为2.0～4.0。

3.根据权利要求2所述的一种纳米钨粉的制备方法，其特征在于：所述混合粉中炭黑和氧化钨的摩尔比为3.05～3.55。

4.根据权利要求1所述的一种纳米钨粉的制备方法，其特征在于：所述氧化钨为黄钨。

5.根据权利要求1所述的一种纳米钨粉的制备方法，其特征在于：所述混合在v型混料机、三维混料机或球磨机中进行。

6.根据权利要求1所述的一种纳米钨粉的制备方法，其特征在于：球磨时控制转速为150-200r/min、时间为3-10h、更进一步优选为4-10h。

7.根据权利要求1所述的一种纳米钨粉的制备方法，其特征在于：所述还原温度为800～1120℃，保温时间为10～120min、进一步优选为40～80min、更进一步优选为55～65min。

8.根据权利要求1所述的一种纳米钨粉的制备方法，其特征在于：所述还原温度为1040～1100℃。

9.根据权利要求1所述的一种纳米钨粉的制备方法，其特征在于：还原温度可采用1040～1060℃。

10.根据权利要求1所述的一种纳米钨粉的制备方法，其特征在于：所述还原在回转炉内进行。作为进一步的优选，回转炉的转速为5～20转/min。惰性气氛为氮气、氩气等。真空还原时，控制炉内的真空度为0.1～100pa。

技术总结本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种纳米钨粉的制备方法。所述制备方法为：将氧化钨和炭黑混合，得到混合粉；在惰性气氛或真空气氛下，对所述混合粉进行搅拌还原和/或滚动还原，得到纳米钨粉；所述氧化钨的粒径为20～100微米；炭黑的粒径为20～60nm；还原时，控制温度为800～1200℃。本发明操作简单，且不进行粉末破碎，即可得到平均粒径为70～160nm的纳米钨粉。技术研发人员：马运柱,鲍阔阔,刘文胜,张博林受保护的技术使用者：中南大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11