阅读说明：本技术 一种铝热法生产钨的硼化物的方法 (Method for producing boride of tungsten by thermit process ) 是由 张洪涛 于 2020-07-28 设计创作，主要内容包括：一种铝热法生产钨的硼化物的方法,将三氧化钨粉、三氧化二硼粉和铝粉混料器中混合均匀,装入真空自蔓延炉的石英坩埚中,抽至真空后,关闭真空泵；启动循环水泵,确保真空自蔓延炉的炉体持续水循环；将反应炉中钨丝送电,加热至1000℃—1200℃,引燃铝粉,自蔓延反应开始进行,炉内压力接近0Pa时,启动H150滑阀真空泵,抽至真空；反应结束后,待炉内温度降至50℃,关闭循环水泵；出炉,精整,得到钨的硼化物块体。本发明通过铝热还原法及自蔓延法实现了生产周期短、产量高、节能的目标,工艺一步完成,生产成本低,且产品纯度高。合成在密闭的真空反应器中进行,解决了还原成品易氧化的问题,生产过程环保。(A method for producing tungsten boride by an aluminothermic process comprises the steps of uniformly mixing tungsten trioxide powder, diboron trioxide powder and aluminum powder in a mixer, filling the mixture into a quartz crucible of a vacuum self-propagating furnace, vacuumizing the quartz crucible, and then closing a vacuum pump; starting a circulating water pump to ensure the continuous water circulation of the furnace body of the vacuum self-propagating furnace; the tungsten wire in the reaction furnace is powered on and heated to 1000-1200 ℃, aluminum powder is ignited, the self-propagating reaction starts, and when the pressure in the furnace is close to 0Pa, an H150 slide valve vacuum pump is started and is pumped to vacuum; after the reaction is finished, the circulating water pump is closed when the temperature in the furnace is reduced to 50 ℃; discharging and finishing to obtain the tungsten boride block. The invention realizes the aims of short production period, high yield and energy saving by an aluminothermic reduction method and a self-propagating method, and has the advantages of one-step completion of the process, low production cost and high product purity. The synthesis is carried out in a closed vacuum reactor, the problem that the reduction finished product is easy to oxidize is solved, and the production process is environment-friendly.)

一种铝热法生产钨的硼化物的方法

技术领域

本发明涉及一种铝热法生产钨的硼化物的方法，特别涉及一种铝热法生产钨的硼化物的方法，广泛应用于被广泛应用在结构材料、耐磨材料、电极材料等领域行业。

背景技术

W-B系化合物具有高熔点、高硬度、高电导率、耐磨损、耐高温以及耐腐蚀性能，还兼具中子和γ射线综合屏蔽性能，因而被广泛应用在结构材料、耐磨材料、电极材料等领域。硼化钨(分子式WB)具有W-B系化合物的优良性能，未来应用前景广阔。

目前，关于合成W-B系化合物的方法较少，主要方法有钨和硼高温高压合成法，合成的硼化钨物相组成复杂，得不到单一物相，因此制备纯度高的硼化钨化合物的难度较大。而且合成温度较高，造成了硼粉的挥发损失，增加了生产成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种铝热法生产钨的硼化物的方法，本发明通过铝热还原法及自蔓延法实现了生产周期短、产量高、节能的目标，工艺一步完成，生产成本低，且产品纯度高。合成在密闭的真空反应器中进行，解决了还原成品易氧化的问题，生产过程环保。

本发明的技术方案是：

一种铝热法生产钨的硼化物的方法，其步骤如下：

将原料三氧化钨粉、三氧化二硼粉和铝粉按照化学计量比进行投料，所述三氧化钨的粒度为325目，所述三氧化二硼的粒度为325目，在250升V型混料器中混料5小时以上，获得均匀混料；

(2)将均匀混料采用真空自蔓延炉生产钨的硼化物，所述真空自蔓延炉包括炉体和炉盖，在炉体、炉盖上分别设有冷却水套Ⅰ、冷却水套Ⅱ，在炉体的上部设有与冷却水套Ⅰ相连通的出水口Ⅰ，在炉体的下部设有与冷却水套Ⅰ相连通的进水口Ⅰ，在炉体的顶部设置有真空管道，所述真空管道连接有H150滑阀真空泵；在炉盖顶部分别设有与冷却水套Ⅱ相连通的出水口Ⅱ、进水口Ⅱ，所述炉盖上位于冷却水套Ⅱ外侧固定有一对电极，在两个电极上装有钨丝并延伸至坩埚的内部；在炉体的外壁上安装有防爆阀；在进水口Ⅰ和进水口Ⅱ上分别安装有循环水泵；将步骤(1)获得的均匀混料放入真空自蔓延炉的石英坩埚中，关闭炉盖，送电启动H150滑阀真空泵，抽至真空度到1Pa—3Pa，停电；启动安装在进水口Ⅰ和进水口Ⅱ上的循环水泵，确保真空自蔓延炉的炉体持续水循环，为铝热反应炉体降温备用；

(3)将反应炉中钨丝送电，加热至1000℃—1200℃，引燃铝粉，自蔓延反应开始进行，即刻观察自蔓延炉的真空计，炉内压力接近0Pa时，启动H150滑阀真空泵，抽至真空度为1Pa—3Pa，防止炉盖开启造成物料氧化；

(4)步骤(3)反应结束后，待炉内温度降至50℃，关闭安装在进水口Ⅰ和进水口Ⅱ上的循环水泵；出炉，得到分层的钨的硼化物和Al₂O₃，分离出上层的三氧化二铝；精整，将粘结在硼化钨表面的三氧化二铝用角膜器磨净，即得到钨的硼化物块体。

进一步的，所述铝粉的粒度≤200目，以确保高的还原效率。

进一步的，所述加热钨丝的电极功率5kw以上。

进一步的，生产硼化钨时，原料三氧化钨粉、三氧化二硼粉和铝粉的摩尔比为2:1:6。

进一步的，生产二硼化钨时，原料三氧化钨粉、三氧化二硼粉和铝粉的摩尔比为1:1:4。

进一步的，生产五硼化钨时，原料三氧化钨粉、三氧化二硼粉和铝粉的摩尔比为4:5:18。

进一步的，所述三氧化钨的纯度为99.9％，三氧化二硼的纯度为99.5％，铝粉纯度为99.8％。

采用如上所述的技术方案，具有如下有益效果：

本发明所述一种铝热法生产钨的硼化物的方法，是通过铝热还原法及自蔓延法实现了生产周期短、产量高、节能的目标，工艺一步完成，生产成本低，且产品纯度高。合成在密闭的真空反应器中进行，解决了还原成品易氧化的问题，生产过程环保。通过调整原料投入比例还可以用以上所述发明制得分子式为WB、WB2、W2B5等高纯度硼化钨化合物，工艺过程可控。

附图说明

图1是本发明的生产硼化钨装置的结构示意图；

图中：1-炉体，2-炉盖，3-坩埚，4-冷却水套Ⅰ，5-出水口Ⅰ，6-进水口Ⅰ，7-冷却水套Ⅱ，8-出水口Ⅱ，9-进水口Ⅱ，10-真空管道，11-H150滑阀真空泵，12-电极，13-钨丝，14-防爆阀。

图2是本发明WB(对应实施例1)的X射线衍射图谱；

图3是本发明WB(对应实施例1)的粒度分布报告；

图4是本发明WB(对应实例1)的实物图。

具体实施方式

通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例。

首先将以下三个实施例中所涉及的原材料统一作出如下说明，后面案例中将不再赘述：

a.三氧化钨粉，粒度为325目，纯度为99.9％；

b.三氧化二硼粉，粒度为325目，纯度为99.5％；

c.铝粉，粒度为200目以下，纯度为99.8％。

实施例1

((1)将原料三氧化钨粉67公斤、三氧化二硼粉10公斤和铝粉23公斤投入到250升V型混料器中混料6小时，获得均匀混料；

(2)将均匀混料采用真空自蔓延炉生产钨的硼化物，所述真空自蔓延炉包括炉体1和炉盖2，在炉体1、炉盖2上分别设有冷却水套Ⅰ4、冷却水套Ⅱ7，在炉体1的上部设有与冷却水套Ⅰ4相连通的出水口Ⅰ5，在炉体1的下部设有与冷却水套Ⅰ4相连通的进水口Ⅰ6，在炉体1的顶部设置有真空管道10，所述真空管道10连接有H150滑阀真空泵11；在炉盖2顶部分别设有与冷却水套Ⅱ7相连通的出水口Ⅱ8、进水口Ⅱ9，所述炉盖2上位于冷却水套Ⅱ7外侧固定有一对电极12，在两个电极12上装有钨丝13并延伸至坩埚3的内部；在炉体1的外壁上安装有防爆阀14；在进水口Ⅰ6和进水口Ⅱ9上分别安装有循环水泵；

将步骤(1)获得的均匀混料放入真空自蔓延炉的石英坩埚3中，关闭炉盖2，送电启动H150滑阀真空泵11，抽至真空度到1Pa，停电；启动安装在进水口Ⅰ6和进水口Ⅱ9上的循环水泵，确保炉体1持续水循环，为铝热反应炉体1降温备用；

(3)将反应炉中钨丝13送电，送电功率＞5Kw，加热至1000℃—1200℃，引燃铝粉，自蔓延反应开始进行，即刻观察自蔓延炉的真空计，炉内压力接近0Pa时，启动H150滑阀真空泵11，抽至真空度为1Pa，防止炉盖2开启造成物料氧化；

(4)步骤(3)反应结束后，待炉内温度降至50℃，关闭安装在进水口Ⅰ6和进水口Ⅱ9上的循环水泵；出炉，得到自动分层的WB和Al₂O₃,，分离出上层的三氧化二铝，精整，将粘结在硼化钨表面的三氧化二铝用角膜器磨净，即制得化学式为WB的硼化钨块体。图2是本发明的WB产品的XRD图，该WB合金化程度为100％；图3是本发明的WB产品的粒度分析报告；该WB的D50为1.734μm。

实施例2

(1)将原料三氧化钨粉57公斤、三氧化二硼粉17公斤和铝粉26公斤投入250升V型混料器中混料7小时，获得均匀混料；

(2)将均匀混料采用真空自蔓延炉生产钨的硼化物，所述真空自蔓延炉包括炉体1和炉盖2，在炉体1、炉盖2上分别设有冷却水套Ⅰ4、冷却水套Ⅱ7，在炉体1的上部设有与冷却水套Ⅰ4相连通的出水口Ⅰ5，在炉体1的下部设有与冷却水套Ⅰ4相连通的进水口Ⅰ6，在炉体1的顶部设置有真空管道10，所述真空管道10连接有H150滑阀真空泵11；在炉盖2顶部分别设有与冷却水套Ⅱ7相连通的出水口Ⅱ8、进水口Ⅱ9，所述炉盖2上位于冷却水套Ⅱ7外侧固定有一对电极12，在两个电极12上装有钨丝13并延伸至坩埚3的内部；在炉体1的外壁上安装有防爆阀14；在进水口Ⅰ6和进水口Ⅱ9上分别安装有循环水泵；

将步骤(1)获得的均匀混料放入真空自蔓延炉的石英坩埚3中，关闭炉盖2，送电启动H150滑阀真空泵11，抽至真空度到2Pa，停电；启动安装在进水口Ⅰ6和进水口Ⅱ9上的循环水泵，确保炉体1持续水循环，为铝热反应炉体1降温备用；

(3)将反应炉中钨丝13送电，送电功率＞5Kw，加热至1000℃—1200℃，引燃铝粉，自蔓延反应开始进行，即刻观察自蔓延炉的真空计，炉内压力接近0Pa时，启动H150滑阀真空泵11，抽至真空度为2Pa，防止炉盖2开启造成物料氧化；

(4)步骤(3)反应结束后，待炉内温度降至50℃，关闭安装在进水口Ⅰ6和进水口Ⅱ9上的循环水泵；出炉，得到自动分层的WB₂和Al₂O₃，分离出上层的三氧化二铝；精整，将粘结在硼化钨表面的三氧化二铝用角膜器磨净，即制得化学式为WB₂的硼化钨块体。该WB₂合金化程度为100％

实施例3

(1)将原料三氧化钨粉53公斤、三氧化二硼粉20公斤和铝粉28公斤投入250升V型混料器中混料5.5小时，获得均匀混料；

(2)将均匀混料采用真空自蔓延炉生产钨的硼化物，所述真空自蔓延炉包括炉体1和炉盖2，在炉体1、炉盖2上分别设有冷却水套Ⅰ4、冷却水套Ⅱ7，在炉体1的上部设有与冷却水套Ⅰ4相连通的出水口Ⅰ5，在炉体1的下部设有与冷却水套Ⅰ4相连通的进水口Ⅰ6，在炉体1的顶部设置有真空管道10，所述真空管道10连接有H150滑阀真空泵11；在炉盖2顶部分别设有与冷却水套Ⅱ7相连通的出水口Ⅱ8、进水口Ⅱ9，所述炉盖2上位于冷却水套Ⅱ7外侧固定有一对电极12，在两个电极12上装有钨丝13并延伸至坩埚3的内部；在炉体1的外壁上安装有防爆阀14；在进水口Ⅰ6和进水口Ⅱ9上分别安装有循环水泵；

将步骤(1)获得的均匀混料放入真空自蔓延炉的石英坩埚3中，关闭炉盖2，送电启动H150滑阀真空泵11，抽至真空度到3Pa，停电；启动安装在进水口Ⅰ6和进水口Ⅱ9上的循环水泵，确保炉体1持续水循环，为铝热反应炉体1降温备用；

(3)将反应炉中钨丝13送电，送电功率＞5Kw，加热至1000℃—1200℃，引燃铝粉，自蔓延反应开始进行，即刻观察自蔓延炉的真空计，炉内压力接近0Pa时，启动H150滑阀真空泵11，抽至真空度为3Pa，防止炉盖2开启造成物料氧化；

(4)步骤(3)反应结束后，待炉内温度降至50℃，关闭安装在进水口Ⅰ6和进水口Ⅱ9上的循环水泵；出炉，得到自动分层的W₂B₅和Al₂O₃，分离出上层的三氧化二铝；精整，将粘结在硼化钨表面的三氧化二铝用角膜器磨净，即制得化学式为W₂B₅的硼化钨块体。该W₂B₅合金化程度为100％

以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。