专利名称：碳缺位型碳化钨铝固溶体粉末的制备方法
技术领域：
本发明属于碳缺位型碳化钨铝固溶体粉末的制备方法。
背景技术：
碳化钨铝是指部分Al原子进入WC晶格中钨的格位而形成的置换固溶体。中国专利(申请号01129544.9)报导了纳米碳化钨铝的制备方法，中国专利(申请号03121395.2)报导了通过高温固相反应来制备碳化钨铝的方法。
由于铝的添加使碳化钨铝较之碳化钨具有较低的密度和生产成本，且铝的添加有望改善纯碳化钨韧性不足的缺陷。但研究表明碳化钨铝的硬度比碳化钨的略低且随着铝含量的增加而成递减的趋势。如何提高碳化钨铝的硬度就成为一个相当有科学价值和经济价值的问题了。
从W-C二元合金相图上可知，在碳化钨的合成中，若碳的比例不足则最终产物是碳化钨与钨的混合物，即不能生成碳缺位型碳化物。实验发现，在碳化钨铝体系中存在碳缺位型固溶体。实验中将x＞0.15的碳缺位型碳化钨铝的粉末经高温高压烧结成块后，其维氏硬度大多在2050kg/mm2以上，与同等条件下制备的不缺位型碳化钨铝的维氏硬度(1400kg/mm2)相比，有明显的提高，且不低于同等烧结条件下制备的碳化钨块的硬度(2000kg/mm2)。
中国专利(申请号01129545.7)报导了采用机械合金化方法制备钨铝合金粉末，由于钨铝合金具有单质钨的结构，而W与C的高温固相反应合成WC的技术早已很成熟，这就为钨铝合金在高温下碳化而得到(W0.50Al0.50)C1-x(x＝0.01-0.65)固溶体提供了可能性。
发明内容
本发明的目的提供一种碳缺位型碳化钨铝固溶体粉末的制备方法。
本发明的合成原料为机械合金化合成方法制备的碳粉和W0.50Al0.50合金粉。本发明在反应进行5小时后，各样品经粉末x射线衍射实验，证实均出现反应中间产物。此中间产物为具有六方W2C结构的(W0.50Al0.50)2C1-x。随着反应时间的推移，W2C结构相的峰逐渐变低，反应进行50-100小时即可得到最终产物(W0.50Al0.50)C1-x。产物经粉末x射线衍射证实为具有六方对称性的WC结构。如附
图1所示，产物的x射线衍射峰尖锐，无杂峰，结晶态良好。
本发明的制备过程是将W0.50Al0.50二元合金作为反应前驱体，与粒度小于300目，纯度大于95％的碳粉，按合金组分(W0.50Al0.50)C1-x＝0.01-0.65称量，碳过量0-2％，球磨混匀后装入石墨坩埚内，再放入固相反应炉中，在真空或还原气氛、惰性气氛下升温至1300-1600℃，升温速度为45℃/分钟，保温时间为50-100小时；反应过程中，每隔10-20小时将样品取出球磨30-60分钟，以此来加快固相反应速度。
本发明的特点是能通过高温固相反应制备碳缺位型、高硬度(W0.50Al0.50)C1-x固溶体粉末，产物结晶态好，合成过程杂质污染少。此方法最大的优点在于耗时少，生产过程无噪音，设备、工艺简单，适合规模化生产。
具体实施例方式
实施例1将W0.50Al0.50合金粉，纯度大于97％，与碳粉，粒度小于300目，纯度大于95％，按(W0.50Al0.50)C0.99称量，C不过量，原料总量为15克，球磨混匀后装入石墨坩埚，再放入固相反应炉中，在真空条件下升温至1600℃。每反应20小时后取出，球磨30分钟。反应80小时可得产物(W0.5Al0.5)C0.99。
实施例2将W0.50Al0.50合金粉，纯度同前，与碳粉，粒度、纯度同前，按(W0.50Al0.50)C0.85称量，C过量1％，原料总量同前，球磨混匀后装入石墨坩埚，再放入固相反应炉中，在惰性气体保护下，升温至1550℃，每保温15小时则取出球磨40分钟。总保温时间达75小时即可得产物(W0.50Al0.50)C0.85，其烧结体维氏硬度值为2213kg/mm2。
实施例3W0.50Al0.50合金粉，纯度同前，与碳粉，粒度、纯度同前，按(W0.50Al0.50)C0.65称量，碳过量2％，原料总量同前。球磨混匀后装入石墨坩埚，再放入固相反应炉中，在氢气还原气氛保护下，升温至1450℃。每保温13小时则取出球磨60分钟，反应65小时后得到产物(W0.50Al0.50)C0.65，其烧结体维氏硬度值为2301kg/mm2。
实施例4W0.50Al0.50合金粉，纯度同前，与碳粉，纯度、粒度同前，按(W0.50Al0.50)C0.50称量，C过量2％，原料总量同前，固相反应条件同(W0.50Al0.50)C0.99，每保温10小时则取出球磨60分钟，50小时后可得产物(W0.50Al0.5)C0.50，其粉末X射线衍射图见附图1。产物烧结体维氏硬度值为2508kg/mm2。
实施例5将W0.50Al0.50合金粉，纯度同前，与碳粉，纯度、粒度同前，按(W0.50Al0.50)C0.35称量，C过量1％，原料总量同前，碳化钨球罐球磨混匀后装入石墨坩埚，再放入固相反应炉中，在惰性气体保护下，升温至1300℃，每保温10小时则取出球磨60分钟，反应100小时后可得产物(W0.50Al0.50)C0.35，粉末x射线衍射特征峰尖锐，无杂峰，结晶态良好。
实施例6将(W0.50Al0.50)合金粉，纯度同前，与碳粉，纯度、粒度同前，按(W0.50Al0.50)C0.50称量，C过量1％，原料总量同前，球磨混18小时后再放入固相反应炉中，在真空气体和下，升温至1450℃，保温20小时可得产物(W0.50Al0.50)C0.50，粉末x射线衍射特征峰尖锐，无杂峰，结晶态良好。其烧结体维氏硬度值为2554kg/mm2。
权利要求
1.碳缺位型碳化钨铝固溶体粉末的制备方法，其特征在于将W0.50Al0.50二元合金作为反应前驱体，与粒度小于300目，纯度大于95％的碳粉，按合金组分(W0.50Al0.50)C1-xx＝0.01-0.65称量，碳过量0-2％，球磨混匀后装入石墨坩埚内，再放入固相反应炉中，在真空或还原气氛、惰性气氛下升温至1300-1600℃，升温速度为45℃/分钟，保温时间为50-100小时；反应过程中，每隔10-20小时将样品取出球磨30-60分钟，最后制得高硬度(W0.50Al0.50)C1-x固溶体粉末。
全文摘要
本发明属于碳缺位型碳化钨铝固溶体粉末的制备方法。制备过程是将W
文档编号B22F9/02GK1524651SQ0312716
公开日2004年9月1日 申请日期2003年9月17日 优先权日2003年9月17日
发明者马贤峰, 鄢俊敏, 汤华国, 赵伟, 祝昌军 申请人:中国科学院长春应用化学研究所