一种制备超细WO3的装置和方法与流程

本发明属于粉末冶金技术领域，具体涉及制备超细wo3的装置和方法。

背景技术：

钨具有高密度、高熔点、高硬度、高耐磨性、低热膨胀系数、优异的导电导热性能以及良好的耐腐蚀性而在高密度合金和硬质合金等领域得到广泛的应用，随着亚微米、超细晶粒硬质合金市场的扩大，超细钨粉的需求量日益扩大。概括起来可主要应用于：制作耐热耐磨合金、航空发动机、透平机叶片等承受强烈磨损的零件、制作电光源及发热体、制作触点合金和高密度合金等，制备出均匀细小无团聚的钨粉是改善钨基高密度合金和wc-co硬质合金的关键。要制备这些物质的先决前提是制备出纳米钨粉，因此制备优质的纳米钨粉意义尤显突出。

要获得纳米级钨粉必须先要得到纳米级的三氧化钨。钨粉的制备均通过还原三氧化钨的方法制取，还原方法有氢还原法和碳还原法两种。目前工业上均采用氢还原法，氢还原法所得的钨粉的纯度较高，且易于控制粉末的粒度，因此选择制备性能较好的氧化钨对超细钨粉的制备非常关键。

目前wo3的制备方法主要可分为固相法和液相法。固相分解法制备超细钨粉虽工艺简单，但分解过程中易产生某些有毒气体，造成环境污染，同时生成的粉末易团聚。液相法可精确控制产物组分和粒子的大小，主要有：沉淀法、水热法、微乳液法、溶胶-凝胶法等，沉淀法是在金属盐溶液中加入适当的沉淀剂来得到前驱体沉淀物，再将此沉淀物脱水、煅烧形成纳米粉体，但此种方法颗粒较大，颗粒不稳定、易团聚，需要再次粉粹，从而造成成本的增加。溶胶-凝胶法虽然制备的氧化物粉末颗粒较小，但是其制备过程复杂、制备周期长，以及常常需加入一些有毒的有机溶剂等局限。水热法制备的产物纯度高、分散性好、晶型好且可控，但是其设备要求高、成本高、能耗大等限制了其实际中的应用。

撞击流(impingingstream)最早是在1961年由前苏联科学家elperin提出的。撞击流的最初设想是由气-固两相流相向流动撞击，由于气-固两相的相间传递作用，从而强化了混合，mahajan等人研究了液-液连续相撞击流的微观混合作用，随后研究者对撞击流的应用范围进行了补充，根据相撞流体的特性，气体连续相撞击流(gis)和液体连续相撞击流(lis)都属于撞击流的流相范围。tamir等对撞击流进行了大量的研究，证实了撞击流确实能够实现混合/传递过程强化。amarjit研究了自由撞击流反应器(tij)混合性能的影响因素，认为其微观混合时间小于65ms。brian提出了一种空间受限的撞击流反应器(cijr)，并研究了其微观混合性能，指出该撞击流反应器的微观混合时间小于9.5ms。本发明在微撞击流反应器的基础上进行拓展，改进传统的溶胶凝胶法并应用其制备三氧化钨，不仅可使各组分混合均匀、反应完全，而且有操作简单、环境友好且可连续生产等优点。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种可用于制备超细wo3的装置。本发明的另一目的在于提供一种有规则形貌、颗粒尺寸小、粒径分布较窄的超细wo3制备方法。

本发明的一种超细wo3的制备装置，其特征在于，装置为微撞击流反应器，包括两个用于存放反应液的储液槽a(1)、储液槽b(2)分别与储液槽a(1)、储液槽b(2)相连的两个平流泵(3)，两个平流泵(3)均通过变径接头(4)、毛细管(5)与t型微通道三通管(6)连接，t型微通道三通管的垂直端口作为反应液出口与出液管连接，出液管下方设置接收器(7)用于接受反应液；

本发明的一个优选实施方式中，其特征在于，t型微通道三通管，为等内径的t型反应腔。

本发明的一个优选实施方式中，其特征在于，t型微通道三通管的内径为0.6-2mm。

本发明的一个优选实施方式中，其特征在于，t型微通道三通管的入口流量可调节，流量范围介于50-2000ml/min。

本发明还涉及采用上述装置来制备超细wo3的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将含钨酸盐和助剂的溶液放置于储液槽a，盐酸溶液放置于储液槽b；开启平流泵，使得两溶液在t型微通道三通管内混合撞击沉淀合成其前驱体悬浊液；

(2)将接受到的前驱体悬浊液在室温下继续静止陈化一段时间，并用稀盐酸与去离子水分别洗涤3-4遍，洗涤后的前驱体进行干燥并研磨；

(3)将研磨的前驱体进行煅烧得到纳米级的微球粉体。

在本发明的一个优选实施方式中，在微撞击流反应器中反应得到的悬浊液的ph为0-1，所述步骤(3)的煅烧温度为500-600℃，煅烧时间为2-4h，优选煅烧3h。

在本发明的一个优选实施方式中，反应原料盐酸的浓度选择为0.5-3mol/l。

在本发明的一个优选实施方式中，所述钨酸盐为钨酸钠、钨酸钾、钨酸铵等可溶性的钨酸盐，钨酸盐浓度为0.01-1mol/l，助剂选自乙酸或者草酸，助剂与钨酸盐的摩尔比为7-12:1。

本发明的另一方面还涉及使用上述方法所制备得到的超细wo3粉体，颗粒大小为30-80nm，其平均粒径在50nm左右，形貌为球形或类球形状。

相比于现有技术，本发明具有如下的有益效果：

1、对于普通材料的合成反应，在三通连接器中混合撞击发生反应，能够强化组分的混合反应过程，使各组分混合更均匀反应更完全，获得一种形貌规则、颗粒小、粒径分布窄的超细三氧化钨粉体。

2、该方法具有工艺简单、控制精度高、可连续生产等众多优势，具有良好的工业化前景。

附图说明

图1：本发明所采用的微撞击流反应器装置的示意图：其中1、2为储液槽a、b，3为平流泵，4为变径接头、5为毛细管，6为三通连接器(微撞击流反应器)，7为接收器。

图2：本发明所采用的微撞击流反应器装置的实物图。

图3：实施例1的wo3的xrd图。

图4：实施例1的wo3的扫描电镜图。

图5：实施例1的wo3的扫描电镜和粒度分布图。

图6：实施例2的wo3的扫描电镜图。

图7：实施例3的wo3的扫描电镜图。

图8：实施例1的wo3元素分析结果。

具体实施方式

下面将进一步结合附图与实施例对本发明进行阐述，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1：

(1)称取3.29g的na2wo4与5ml的乙酸溶于去离子水中，配制100ml0.1mol/l的钨酸钠溶液作为反应液a。量取12.5ml的浓盐酸，用去离子水稀释至100ml，配制成1.5mol/l的盐酸作为反应液b，分别移入两储液槽中。

(2)接通电源，分别设置两泵的流量为100ml/min，且t型三通的管径为0.6mm。如附图1所示，同时启动两泵，撞击沉淀后得到反应后的黄色悬浊液。

(3)把所得到悬浊液在室温下继续静止陈化6h，并用去稀盐酸与离子水分别洗涤3-4遍，洗涤后的前驱体于120℃干燥2h。

(4)把干燥的样品研磨10-20min，并在600℃下煅烧3h，即得到30-80nm超细三氧化钨。

由图3、4、5可以看出超细三氧化钨粉体呈现出一种近似球状形态，形貌规则，颗粒尺寸主要在50nm左右，颗粒结晶度较好，颗粒成型结构完整，且从图8中看出样品纯净无杂质。

实施例2

(1)分别称取2g的钨酸铵与5ml的乙酸在60℃下溶于去离子水中，在100ml的容量瓶中定容冷却，作为反应液a。量取12.5ml的浓盐酸，稀释至100ml，配制成1.5mol/l的盐酸作为反应液b。

(2)接通电源，连接a、b两溶液的泵的流量设置为100ml/min，t型三通的管径为0.6mm。如附图1所示，同时启动两泵，撞击沉淀后得到反应后的黄色悬浊液。

(3)把所得到悬浊液在室温下陈化6h，并用稀盐酸与去离子水分别洗涤3-4遍，洗涤后的前驱体于120℃干燥2h。

(4)把干燥的样品研磨10-20min，并在600℃下煅烧3h，即得到30-80nm超细三氧化钨。

由图6可以看出颗粒成型结构完整，结晶度高，分布均匀。

实施例3：

(1)称取3.29g的na2wo4与5ml的乙酸溶于去离子水中，配制100ml0.1mol/l的钨酸钠溶液作为反应液a。量取12.5ml的浓盐酸，用去离子水稀释至100ml，配制成1.5mol/l的盐酸作为反应液b，分别移入两储液槽中。

(2)接通电源，分别设置两泵的流量为100ml/min，且t型三通的管径为0.6mm。如附图1所示，同时启动两泵，撞击沉淀后得到反应后的黄色悬浊液。

(3)把所得到悬浊液在室温下继续静止陈化6h，并用稀盐酸与去离子水分别洗涤3-4遍，洗涤后的前驱体于120℃干燥2h。

(4)把干燥的样品研磨10-20min，并在600℃下煅烧4h，即得到30-80nm超细三氧化钨。

由图7可以看出颗粒存在一些大尺寸颗粒，结晶度稍差。

以上实施例显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，而不是以任何方式限制本发明的范围，在不脱离本发明范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的范围内。