阅读说明：本技术 一种长径比大的棒状紫钨制备方法 (Preparation method of rodlike purple tungsten with large length-diameter ratio ) 是由 羊求民 唐彦渊 徐国钻 张龙辉 陈丽勇 毛莉 于 2020-06-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种长径比大的棒状紫钨制备方法,具体为：根据钨酸铵溶液中WO<Sub>3</Sub>质量与葡萄糖质量比为1:4-4:1称取钨酸铵溶液和葡萄糖；将称取的葡萄糖倒入钨酸铵溶液中,充分搅拌,得到均匀的混合溶液；将与钨酸铵溶液同体积的无水乙醇加入混合溶液中,使钨酸铵与葡萄糖共析结晶；共析结晶后的溶液放入烘箱内干燥,得到前驱体粉末；将前驱体粉末充分研磨均匀,放入湿惰性气氛炉内进行热处理,即得。本发明以钨酸铵溶液、葡萄糖溶液和无水乙醇为原料,制备得到长径比大的棒状紫钨,利于后续获得粒径均一的超细/纳米粉末,操作简单、成本低、安全、环保,且适合产业化生产。(The invention discloses a preparation method of rodlike purple tungsten with a large length-diameter ratio, which comprises the following steps: according to WO in ammonium tungstate solution 3 Weighing ammonium tungstate solution and glucose according to the mass ratio of 1:4-4: 1; pouring the weighed glucose into an ammonium tungstate solution, and fully stirring to obtain a uniform mixed solution; adding absolute ethyl alcohol with the same volume as the ammonium tungstate solution into the mixed solution to ensure that ammonium tungstate and glucose are eutectoid crystallized; putting the solution after the eutectoid crystallization into an oven for drying to obtain precursor powder; and fully and uniformly grinding the precursor powder, and putting the precursor powder into a wet inert atmosphere furnace for heat treatment to obtain the catalyst. According to the method, the ammonium tungstate solution, the glucose solution and the absolute ethyl alcohol are used as raw materials to prepare the rodlike purple tungsten with the large length-diameter ratio, so that the method is beneficial to obtaining superfine/nano powder with uniform particle size subsequently, is simple to operate, low in cost, safe and environment-friendly, and is suitable for industrial production.)

一种长径比大的棒状紫钨制备方法

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，涉及一种长径比大的棒状紫钨制备方法。

背景技术

硬质合金是一种重要的工具和结构材料，在各领域有着广泛的应用。WC晶粒大小、结晶完整性、粒径分布均匀性、表面形貌等会对合金性能产生极大的影响，而这些粉末的特性又取决于钨粉和氧化钨的性能。因此制备优质、纳米级的钨粉尤为重要，而纳米钨粉体的制备对氧化钨原料的选择也有相当高的要求。目前在超细钨粉的生产中，紫钨和蓝钨两种原料的使用是同时存在的。要制得超细钨粉，关键是要减少挥发性水合氧化钨(WO₂(OH)₂)的生成，抑制化学气相迁移过程的发生。在温度一定的条件下，WO₂(OH)₂的平衡分压主要取决于氢气湿度(p[H₂O]/p[H₂])，p[H₂O]/p[H₂]越大，则WO₂(OH)₂的平衡分压越大。因此，制取超细钨粉的关键是要迅速的从反应气氛中排出水汽。虽然蓝钨只要在低温、干氢、高氢气流量、薄料层的条件下，就可以用氢还原蓝钨的方法生产出超细钨粉，但过高的氢气流量和过薄的料层将导致成本的增加。紫钨(WO_2.72或W₁₈O₄₉)是当今最适合制备粒度均匀、超细纳米晶钨粉体材料。这是因为紫钨是以仲钨酸铵假晶外形聚集的细长条柱状微晶，其尖劈形的孔隙结构形成好的透气性容易实现干氢快速原位还原；同时钨在干燥的氢气中还原可不经过产生WO₂(褐钨)的中间阶段，从而得到的钨粉更加细而均匀。此外与黄钨(WO₃)、蓝钨(WO_2.9)相比，紫钨有着特殊的表面结构、化学活性最高，适宜用于超细颗粒钨粉以及各类纳米级钨化合物的生产。

目前，工业上生产获得的一般为针状紫钨，在实现本发明的过程中，发明人发现针状紫钨在制备WC粉末的过程中有不足之处，由于针状紫钨的两端细中间粗，还原碳化过程中粉末的形貌及粒径有一定的遗传性，导致针尖段的粉末非常细小，常为纳米级别，而中间端的粉末较粗，为超细粉末，导致粒度分布均匀性差，且后续制备合金中，粉末粒径分布的不均匀将使超细/纳米硬质合金中极易出现夹粗现象，严重影响合金的力学性能。而棒状紫钨的前后相一致，可以很好的避免这个缺点，有利于制备粒度更加均匀、性能更加优异的WC晶粒。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种长径比大的棒状紫钨制备方法，以钨酸铵溶液、葡萄糖溶液和无水乙醇为原料制备长径比大的棒状紫钨，利于后续获得粒径均一的超细/纳米粉末，操作简单、成本低、安全、环保，且适合产业化生产，解决了现有技术中存在的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种长径比大的棒状紫钨制备方法，具体按照以下步骤进行：

S1，根据钨酸铵溶液中WO₃质量与葡萄糖质量比为1:4-4:1称取钨酸铵溶液和葡萄糖；

S2，将称取的葡萄糖倒入钨酸铵溶液中，充分搅拌，得到均匀的混合溶液；

S3，将与钨酸铵溶液同体积的无水乙醇加入混合溶液中，使钨酸铵与葡萄糖共析结晶；

S4，共析结晶后的溶液放入烘箱内干燥，得到前驱体粉末；

S5，将前驱体粉末充分研磨均匀，放入湿惰性气氛炉内进行热处理，即得。

进一步的，所述步骤S1中，钨酸铵溶液中的WO₃含量为200-300g/l。

进一步的，所述步骤S5中，湿惰性气氛具体是将惰性气体通入含水的密闭容器内后再通入热处理炉内，水的温度为20-80℃。

进一步的，所述步骤S5中，湿惰性气氛为湿氮气。

进一步的，所述步骤S4中，烘箱干燥温度为80-160℃，干燥时间为3-16h。

进一步的，所述步骤S4中，热处理温度为600-1300℃，时间为1-3h。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用冶炼产物钨酸铵溶液为原料，与葡萄糖溶液混合均匀通过无水乙醇共析结晶，由液态转化为固态，制备前驱体粉末，前驱体粉末中各元素分布均匀性好，提高钨酸铵和葡萄糖分布均匀性，原料来源广泛，价格便宜，有利于长径比大的棒状紫钨的低成本制备。

2、本发明热处理时通过湿气氛使钨氧化物挥发，并在紫钨尖端能量最低处沉积而使紫钨定向长大；同时，紫钨在湿氮气氛下快速生长，长大过程充分，从而形成长径比更大的棒状紫钨，制得的棒状紫钨长径比可达20-200。此外，由于钨氧化物的还原、碳化是一个由表及里的过程，长径比大有利于还原-碳化过程的同步进行，利于后续获得粒径均一的超细/纳米粉末。

3、传统紫钨生产以氨气为自反应气体，需要在专门的回转紫钨炉内进行，而本发明采用葡萄糖转化的原位碳作为自还原剂，且在普通的气氛下就可获得棒状紫钨，有利于降低成本、提高生产环境的安全性、利于工业化生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例所得棒状紫钨在标尺为1μm的SEM形貌图。

图2是本发明实施例所得棒状紫钨在标尺为100nm的SEM形貌图。

图3是本发明实施例所得棒状紫钨XRD物相图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例一种长径比大的棒状紫钨制备方法，具体按照以下步骤进行：

S1，根据钨酸铵溶液中WO₃质量与葡萄糖质量比为1:4-4:1称取钨酸铵((NH₄)₂WO₄)溶液和葡萄糖，其中，钨酸铵溶液中的WO₃含量为200-300g/l。

S2，把称取的葡萄糖倒入钨酸铵溶液中，充分搅拌，使葡萄糖完全溶解，得到均匀的混合溶液。

S3，将与钨酸铵溶液同体积的无水乙醇加入混合溶液中，因为水会和酒精互溶，葡萄糖和钨酸铵都是不溶于酒精的，使钨酸铵与葡萄糖共析结晶。

S4，共析结晶后的溶液放入烘箱内干燥，烘箱干燥温度为80-160℃，干燥时间为3-16h，得到前驱体粉末；葡萄糖转化为不定型碳，干燥后物相为不定型碳均匀复合钨酸铵固体。

S5，将前驱体粉末充分研磨均匀，加入坩埚中，放入湿氮气氛炉内进行热处理，热处理温度为600-1300℃，时间为1-3h，获得长径比大的棒状紫钨。湿氮气氛具体是将氮气通入含水的密闭容器内后再通入热处理炉内，水的温度为20-80℃，通过不同的温度控制含水率，含水率太低(温度太低)，则起不到促进紫钨定向长大的作用，太高则会使紫钨转变为黄钨。气氛除了湿氮气，还可以采用含有一定水汽的其它惰性气体。热处理温度根据碳还原氧化钨为紫钨的热力学计算得到，温度太高，反应速率太快，碳极有可能出现过还原现象，使紫钨转变为褐钨或钨粉。

钨酸铵溶液提供钨源，钨酸铵溶液为冶炼后的溶液(冶炼产物)，钨酸铵溶液中的WO₃含量为200-300g/l，来源方便且广泛；浓度太高，现有的冶炼工艺较难获得，浓度太低不经济；本发明实施例不采用钨酸或三氧化钨等溶解度低的物质为钨源。

葡萄糖提供碳源，钨酸铵溶液中WO₃质量与葡萄糖质量比为1:4-4:1，依据葡萄糖转化为碳的转化率，钨酸铵转化为氧化钨后还原成紫钨的碳，及反应气氛可能消耗的碳等因素计算而来。当钨酸铵溶液中WO₃质量与葡萄糖质量比过小，则存在较多游离碳，且会形成褐钨或钨粉；钨酸铵溶液中WO₃质量与葡萄糖质量比太大，反应可能不完全，致使产物物相不单一；葡萄糖的含量及干燥工艺和S5的热处理工艺参数密切相关。

钨酸铵和葡萄糖溶液混合均匀，溶液中各离子均匀分布，无水乙醇的作用是使钨酸铵和葡萄糖共析出来，由液态转化为固态，极大程度上提高钨酸铵和葡萄糖分布均匀性；随后在湿惰性气氛条件下进行反应，获得长径比大的棒状紫钨。无水乙醇的加入量与钨酸铵溶液同体积，无水乙醇的加入量太低共析不完全，太高则会浪费无水乙醇，且使溶液体积增大，不利于操作。

烘箱干燥温度为80-160℃，干燥时间为3-16h，太低的温度则会使干燥的时间急剧增加，增加成本，太高则会使葡萄糖产生碳损失。

湿氮气氛中含有一定的水汽，在水汽的作用下形成易挥发的水合物WO₂(OH)₂(g)，并在紫钨尖端能量最低处沉积而使紫钨定向长大；同时，紫钨在湿氮气氛下快速生长，长大过程充分，从而形成长径比更大的棒状紫钨，利于后续获得粒径均一的超细/纳米粉末。水汽太多，颗粒结块严重，且无法获得紫钨，水汽太少，长径比减小。

传统紫钨生产一般采用APT(仲钨酸铵)为原料，生产所获得的紫钨长径比小；本发明采用冶炼产物钨酸铵为原料，与葡萄糖溶液一起通过无水乙醇共析结晶，制备前驱体粉末，前驱体粉末中各元素分布均匀性好，提高钨酸铵和葡萄糖分布均匀性，原料来源广泛，价格便宜，有利于长径比大的棒状紫钨的低成本制备。传统紫钨生产以氨气为自反应气体，其在专门的回转紫钨炉内进行，而本发明采用葡萄糖转化的原位碳作为自还原剂，且在普通的气氛下就可获得棒状紫钨，有利于降低成本、提高生产环境的安全性、利于工业化生产。现有技术中采用熔盐反应使紫钨定向长大，但熔盐对设备危害大，且不环保，成本也高；本发明通过湿氮气氛促进棒状紫钨的快速生长，在普通气氛炉内即可获得长径比大的棒状紫钨，利于产业化的进行。

实施例1，

本发明实施例一种长径比大的棒状紫钨制备方法，具体按照以下步骤进行：

S1，根据钨酸铵溶液中WO₃质量与葡萄糖质量比为1:4称取钨酸铵溶液和葡萄糖，其中，钨酸铵溶液中的WO₃含量为200g/l。

S2，把称取的葡萄糖倒入钨酸铵溶液中，充分搅拌，使葡萄糖完全溶解，得到均匀的混合溶液。

S3，将与钨酸铵溶液同体积的无水乙醇加入混合溶液中，使钨酸铵与葡萄糖共析结晶。

S4，共析结晶后的溶液放入烘箱内干燥，得到前驱体粉末。

S5，将前驱体粉末充分研磨均匀，加入坩埚中，放入湿氮气氛炉内进行热处理，热处理温度为1300℃，时间为1h，即得；具体是将氮气通入含水的密闭容器内后再通入热处理炉内，水的温度为20℃；获得的棒状紫钨长径比为30，直径为0.32μm。

实施例2，

本发明实施例一种长径比大的棒状紫钨制备方法，具体按照以下步骤进行：

S1，根据钨酸铵溶液中WO₃质量与葡萄糖质量比为4:1称取钨酸铵溶液和葡萄糖，其中，钨酸铵溶液中的WO₃含量为150g/l。

S2，把称取的葡萄糖倒入钨酸铵溶液中，充分搅拌，使葡萄糖完全溶解，得到均匀的混合溶液。

S3，将与钨酸铵溶液同体积的无水乙醇加入混合溶液中，使钨酸铵与葡萄糖共析结晶。

S4，共析结晶后的溶液放入烘箱内干燥，得到前驱体粉末。

S5，将前驱体粉末充分研磨均匀，加入坩埚中，放入湿氮气氛炉内进行热处理，热处理温度为600℃，时间为3h，即得；具体是将氮气通入含水的密闭容器内后再通入热处理炉内，水的温度为80℃；获得的棒状紫钨长径比为200，直径为0.08μm。

实施例3，

本发明实施例一种长径比大的棒状紫钨制备方法，具体按照以下步骤进行：

S1，根据钨酸铵溶液中WO₃质量与葡萄糖质量比为2:1称取钨酸铵溶液和葡萄糖，其中，钨酸铵溶液中的WO₃含量为300g/l。

S2，把称取的葡萄糖倒入钨酸铵溶液中，充分搅拌，使葡萄糖完全溶解，得到均匀的混合溶液。

S3，将与钨酸铵溶液同体积的无水乙醇加入混合溶液中，使钨酸铵与葡萄糖共析结晶。

S4，共析结晶后的溶液放入烘箱内干燥，得到前驱体粉末。

S5，将前驱体粉末充分研磨均匀，加入坩埚中，放入湿氮气氛炉内进行热处理，热处理温度为900℃，时间为2h，即得；具体是将氮气通入含水的密闭容器内后再通入热处理炉内，水的温度为50℃；获得的棒状紫钨长径比为100，直径为0.18μm。

实施例4，

本发明实施例一种长径比大的棒状紫钨制备方法，具体按照以下步骤进行：

S1，根据钨酸铵溶液中WO₃质量与葡萄糖质量比为1:1称取钨酸铵溶液和葡萄糖，其中，钨酸铵溶液中的WO₃含量为240g/l。

S2，把称取的葡萄糖倒入钨酸铵溶液中，充分搅拌，使葡萄糖完全溶解，得到均匀的混合溶液。

S3，将与钨酸铵溶液同体积的无水乙醇加入混合溶液中，使钨酸铵与葡萄糖共析结晶。

S4，共析结晶后的溶液放入烘箱内干燥，得到前驱体粉末。

S5，将前驱体粉末充分研磨均匀，加入坩埚中，放入湿氮气氛炉内进行热处理，热处理温度为900℃，时间为2h，即得；具体是将氮气通入含水的密闭容器内后再通入热处理炉内，水的温度为60℃；获得的棒状紫钨长径比为120，直径为0.15μm。

实施例2制得棒状紫钨的性能参数如图1-3所示，由图1-2，能够看出制得的紫钨形状为棒状，成分单一，长径比高达200；所得棒状紫钨为单一的紫钨相，通过图3的XRD的数据可以看出来。

对比例1，

步骤S5中的热处理气氛为干燥氮气氛(即不含水汽)，其它步骤与实施例2相同，制得的产物，经分析物相以褐钨为主，形貌为不规则状，且含量游离碳。

对比例2，

本发明实施例一种长径比大的棒状紫钨制备方法，具体按照以下步骤进行：

S1，根据钨酸铵溶液中WO₃质量与葡萄糖质量比为4:1称取钨酸铵溶液和葡萄糖，其中，钨酸铵溶液中的WO₃含量为150g/l。

S2，把称取的葡萄糖倒入钨酸铵溶液中，充分搅拌，使葡萄糖完全溶解，得到均匀的混合溶液。

S3，将均匀混合液放入烘箱内干燥，得到前驱体粉末。

S4，将前驱体粉末充分研磨均匀，加入坩埚中，放入湿氮气氛炉内进行热处理，热处理温度为600℃，时间为3h，即得；具体是将氮气通入含水的密闭容器内后再通入热处理炉内，水的温度为80℃。

对比例2与实施例2相比，没有加入无水乙醇共析，制得的产物中含有一定的大颗粒碳，物相不纯。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。