关于碳化钨的应用

【背景及概述】^[1][2]

碳化钨一般有两种。一种化学式WC，为黑色六方晶体，有金属光泽，硬度与金刚石相近，为电、热的良好导体。熔点2870℃，沸点6000℃，相对密度 15.63(18℃)。碳化钨不溶于水、盐酸和硫酸，易溶于硝酸－氢氟酸的混合酸中。纯的碳化钨易碎，若掺入少量钛、钴等金属，就能减少脆性。用作钢材切割工具的碳化钨，常加入碳化钛、碳化钽或它们的混合物，以提高抗爆能力。碳化钨的化学性质稳定。在碳化钨中，碳原子嵌入钨金属晶格的间隙，并不破坏原有金属的晶格，形成填隙固溶体，因此也称填隙（或插入）化合物。碳化钨可由钨和碳的混合物高温加热制得，氢气或烃类的存在能加速反应的进行。若用钨的含氧化合物进行制备，产品最终必须在1500℃进行真空处理， 以除去碳氧化合物。碳化钨适宜在高温下进行机械加工，可制作切削工具、窑炉的结构材料、喷气发动机、燃气轮机、喷嘴等。另一种化学式W₂C，分子量379.71。黑色六方晶体。比重17.15。熔点 2860℃。沸点约6000℃。400℃时与氯强烈发生作用生成六氯化钨及石墨。由钨粉与碳短时间加热至1900℃制得。

【应用】^[3][4]

碳化钨适宜在高温下进行机械加工，可制作切削工具、窑炉的结构材料、喷气发动机、燃气轮机、喷嘴等。超粗碳化钨-Co硬质合金用的超粗碳化钨粉末原料具有晶体结构完整、结构缺陷少、显微硬度高、微观应变小、具有一定的塑性等一系列优点，用其制造的硬质合金韧性好、抗冲击、高温硬度高、热导率高、蠕变变形小，被广泛用于矿山工具、石油 钻采工具、采煤机采掘工具、隧道工程用盾构机刀具、冲压模具、复合轧辊、金属 表面硬面喷涂和喷焊等。应用举例如下：

1. 碳化钨属于陶瓷相，具有熔点高、硬度高、导电导热性差、化学性能稳定 等优点，是制备耐磨耐蚀涂层的理想材料，但由于碳化钨的高熔点及高硬度， 喷涂的碳化钨颗粒与基体材料的附着力差，且在空气中升高温度时易发生氧化， 因此纯碳化钨粉末很少单独用作热喷涂粉末材料，通常需要加入Co、Ni、Ni-Cr 等金属或合金作粘结相制成烧结型粉末或包覆型粉末供热喷涂使用。已广泛应 用的碳化钨-钴和碳化钨-钴-铬系列热喷涂粉末，由于其所制备的涂层具有极高 的硬度、优越的耐磨耐蚀性能和良好的韧性，广泛地应用于航空航天、汽车、 冶金、电力、造纸等领域，以提高零部件表面的耐磨性能及修复磨损部位。

2. 以硝酸银晶体、碳化钨粉为原料，通过化学包覆制粉及液相熔渗工艺制备银碳化钨电触头，该方法的工艺过程包括以下步骤

①  化学包覆法制备银碳化钨包覆粉末：配制硝酸银溶液、碳化钨粉与铜粉混合水溶液，将硝酸银溶液缓慢加入匀速搅拌下的碳化钨粉与铜粉混合水溶液，发生化学置换反应，置换出的银迅速沉积于碳化钨颗粒表面，形成银包碳化钨颗粒粉末泥浆，经清洗、过滤、干燥取得银碳化钨包覆粉末；

②  包覆粉末制粒成型，将包覆粉末掺杂添加物，混合、还原，再添加润滑剂，并在具有保护性气氛的氢气干燥炉中200～300℃干燥制粒，经粉末自动压机冷压成型，制取银碳化钨骨架；

③  骨架烧结熔渗，将准备好的纯银片置于银碳化钨骨架上方，列阵式摆放在石墨板上，送入具有保护气氛氢气烧结炉中，进行1200～1300℃高温熔渗；

④  熔渗品复压抛光，将上述熔渗品在液压机上进行冷压，压力为12-14T/cm2，保持压力2～3秒，再经表面抛光处理得到最终银碳化钨触头产品。

【制备】 ^[5]

一种窄粒度分布超粗晶碳化钨粉末，其主要特征为：

1）80wt%~90wt%的碳化钨粉末的粒径在0.5D50~2D50之间，D50为中位径， 中位径（D50）是质量累积分布达到50%时的粒径，即80wt%的碳化钨的粒径在中 位径D50的一半至两倍的中位径之间；

2）粒径大于5D50（5倍中位径）的碳化钨粉末少于0.5wt%；

3）碳化钨粉末的化学纯度高于或等于99.9wt%；

4）碳化钨粉末的费氏粒度（Fsss粒度）≥15μm；

5）碳化钨粉末中总碳含量在6.07wt%~6.19wt%之间，其中，化合碳含量 ≥6.07wt%，游离碳含量≤0.07wt%；Fe≤0.02wt%，Mo≤0.02wt%，氯化残渣≤0.01wt%。

【主要参考资料】

[1] 化学词典

[2] 中国大百科全书（化学 卷）

[3] 冯如信;罗小虎.一种银包覆碳化钨粉末制备银碳化钨触头材料的方法及其产品CN201410085547.6  ，申请日2014-03-10

[4] 姚萍屏;贡太敏;何俊.一种碳化钨-钴或碳化钨-钴-铬热喷涂粉末的制备方法. CN201210370225.7，申请日 2012-09-27

[5] 曹瑞军;林晨光;郭华彬;郭名亮;朱启伟;刘小平;林中坤. 一种窄粒度分布超粗晶碳化钨粉末及其制备方法.CN201210274420.X，申请日2012-08-03