一种单质钨粉的制备方法与流程

本发明属于化工领域，涉及一种无机单质材料的制备方法，具体来说是一种单质钨粉的制备方法。

背景技术：

细晶粒硬质合金由于具有高韧性、高耐磨性和好的高温强度等优异性能，近年来受到日益广泛的重视，其需求量和应用领域不断扩大。超细钨粉、碳化钨粉是生产细晶粒硬质合金的重要原料，粉末的粒度和均匀性强烈影响着硬质合金的性能，因此如何生产出粒度细而均匀的超细钨粉是制取超细晶粒硬质合金的关键。

氧化钨原料的性能会直接影响到钨粉的还原行为和最终的产品性能，因此，关于何种原料最适合生产超细钨粉的问题一直备受材料科学工作者的普遍关注。虽然蓝钨是目前通过氢还原法制取钨粉使用得最广泛的原材料，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。并且氧化钨还原过程的反应途径不同，其还原反应速度也不同，从而造成还原后钨粉的粒度不同。反应途径较单一时，由于反应速度均匀，制取的钨粉粒度也较均匀：反应途径复杂时，由于不同还原过程的反应速度不同，制取的钨粉均匀性较差。已报道的纳米钨粉的制备方法比较多，如机械球磨、激光辐射、电子束诱导沉积、高温还原和模板法等，但这些方法都存在着一些缺点，如耗时长，过程复杂，不易操作等。专利CN101791703B公开了一种单质钨微纳米粉体的制备方法，以钨酸基无机- 有机混杂层状化合物为前驱体，在非氧化性保护气氛中热解得到钨微纳米粉体，但该方法需要在非氧化性保护气氛中进行，温度为900~1300℃。该方法由于需要在非氧化性保护气氛中进行，条件要求苛刻，反应温度为900~1300℃，反应温度高，对设备要求高，实验危险系数高。专利CN104942303A公开了制备钨粉的方法，采用钨酸钠溶液进行pH值调节，与锌盐接触以得到钨酸锌沉淀，再对钨酸锌沉淀进行还原处理，制备钨粉，但是，该钨粉的制备过程中有废水排放和盐酸消耗，为环境不友好生产。专利CN104722767A公开了一种钨粉的制备方法，其方法用到高压反应釜、电离惰性气体形成等离子体加热还原等方法，制备过程复杂。 本专利中创新性提出利用双温区Al还原的方式，在真空状态下，将WO₃一步还原为单质钨，反应温度低，危险系数小，有效地克服了、制备耗时长、实验危险等缺点。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种单质钨粉的制备方法，所述的这种单质钨粉的制备方法要解决现有技术中的制备单质钨的方法钨粉颗粒度不均、制备耗时长、实验危险的技术问题。

本发明提供了一种立方相单质钨的制备方法，包括以下步骤：

1）按质量比称取氧化钨粉和Al粉，氧化钨粉和Al粉的质量比为1:（7.5-12）, 将氧化钨粉和Al粉分别平铺在双温区管式炉的石英管内；

2)抽真空到-0.1～-0.05MPa；

3)控制WO₃粉温区的升温速度为3℃/min～5℃/min，升至750℃～1000℃；Al粉区的温度控制在700-800℃；

4)保持(3)中的温度，反应2~7h后，继续抽真空保持真空度-0.1~-0.05MPa，直至双温区管式炉温度均降至室温，得到立方相单质钨粉。

本发明通过双温区铝还原技术，以氧化钨为原料、铝粉作为还原剂，将氧化钨和铝粉平铺在管式炉不同温温区中进行煅烧；其中Al粉区的温度控制在700-800℃，WO₃粉区控制在750~1000℃煅烧，真空条件下（-0.1～-0.05MPa），煅烧2~7h，得到单质钨。

本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的。本发明通过简单的Al还原方法，将实现立方相单质钨的制备，方法操作简单，可适用于工业化生产。制得钨粉颗粒均一、成本低、安全简便的优点。本发明第一次用Al还原制备出了单质钨，其潜在的应用价值在制备超细钨粉用于超细晶粒硬质合金的制备。

附图说明

图1是实施例3所得单质钨的XRD图，利用D/max2000PC型X射线衍射仪，测试其XRD，结果表明其为立方相的单质钨。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。

实施例1

(1) 称取市售氧化钨粉：Al粉=1g：10g分别平铺在双温区管式炉的石英管内；

(2)抽真空到-0.05MPa；

(3)控制WO₃粉温区的升温速度为3℃/min，升至800℃；Al粉区的温度控制在700℃；

(4)保持（3）中的温度，反应5h后，继续抽真空保持真空度-0.05MPa，直至双温区管式炉温度均降至室温，得到单质钨粉。

用D/max2000PC型X射线衍射仪测试所得粉末，得到立方相单质钨。

实施例2

(1) 称取市售氧化钨粉：Al粉=1：12g分别平铺在双温区管式炉的石英管内；

(2) 抽真空到-0.01MPa；

(3) 控制WO₃粉温区的升温速度为4℃/min，升至900℃； Al粉区的温度控制在750℃；

(4) 保持（3）中的温度，反应5h后，继续抽真空保持真空度-0.01MPa，直至双温区管式炉温度均降至室温，得到立方相单质钨。

用D/max2000PC型X射线衍射仪测试所得粉末，得到立方晶系的单质钨。

实施例3

(1) 称取市售氧化钨粉：Al粉=1：7.5g分别平铺在双温区管式炉的石英管内；

(2) 抽真空到-0.1MPa；

(3) 控制WO3粉温区的升温速度为5℃/min，升至850℃； Al粉区的温度控制在800℃；

(4) 保持（3）中的温度，反应5h后，继续抽真空保持真空度-0.1MPa，直至双温区管式炉温度均降至室温，得到立方相单质钨，见图1。

用D/max2000PC型X射线衍射仪测试所得粉末，得到立方相单质钨。