一种分步水热法制备水合氧化铝包覆氧化钨粉的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及到水热法制备包覆粉领域，具体的说是一种分步水热法制备水合氧化铝包覆氧化钨粉的方法。
【背景技术】
[0002]高强、高韧、高硬、轻质、耐高温、耐腐蚀磨损是高性能结构材料的主要发展方向。钨以其优异的耐高温，高强度硬度等特性在许多领域都是不可替代的关键材料，尤其在国防军工、航空航天领域中更有其特殊的地位。和纯钨相比，形成的氧化铝包覆钨及钨合金能极大的增加钨的强度，细化晶粒，减少颗粒粒径，增加材料韧性及抗拉强度等力学性能。制备氧化铝包覆钨粉的一种重要步骤为需生成水合氧化铝均匀包覆氧化钨粉前驱体。目前制备水合氧化铝包覆氧化钨粉的方法主要有混合水热法和共沸蒸馏法。但这些方法都存在一些问题。其中混合水热法指将原材料同时放入一个水热釜中进行反应，其问题在于不能达到完全反应，也不能使第二相颗粒均匀附着在基体表面，并且很难形成纳米级别的水合氧化铝均匀包覆氧化钨粉复合材料。另外一种共沸蒸馏法在实验过程中易掺入杂质，这些问题的存在影响了氧化铝包覆钨合金复合材料在工业的中应用。
【发明内容】
[0003]为解决现有技术中混合水热法很难达到完全反应、也很难形成纳米级别的水合氧化铝均匀包覆氧化钨粉复合材料的问题，本发明提供了一种分步水热法制备水合氧化铝包覆氧化钨粉的方法，通过该方法能够使制得的粉末分散性好，晶粒粒径较小可以达到纳米级。
[0004]本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种分步水热法制备水合氧化铝包覆氧化钨粉的方法，分别利用水热法制备WO3悬浊液和含有AlO(OH)胶体粒子的水合氧化铝溶液，待两者冷却后将两者混合，搅拌均匀后静置得到沉淀物，再将沉淀物真空抽滤并清洗后烘干即得到水合氧化铝包覆氧化钨粉。
[0005]所述水热法制备WO3悬浊液的操作如下:选取(NH4)6H2W12O4Q和HNO3采用水热法进行水热反应，水热反应条件为:温度为180°C，时间10-15h，且在升温阶段，升温速度为5-10°C/
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[0006]所述水热法制备含有AlO(OH)胶体粒子的水合氧化铝溶液的操作如下:选取Al(NO3)3和⑶(NH2)2采用水热法进行水热反应，水热反应条件为:温度为180°C，时间10-15h，且在升温阶段，升温速度为5-10°C/min。
[0007]所述搅拌均匀后静置得到沉淀物的操作为:搅拌均匀后的混合液静置后撇去上层清液，然后向其中加入蒸馏水清洗搅拌后继续静置，如此反复静置3-5次，每次静置的时间为3-5h。
[0008]所述沉淀物真空抽滤并清洗后烘干的操作为:将得到的沉淀物进行多次真空抽滤，前3-5次米用蒸饱水清洗抽滤，后2_3次米用乙醇清洗抽滤。
[0009]所述水合氧化铝中AlO(OH)胶体粒子的质量分数为AlO(OH)胶体粒子和WO3总质量的0.5-10%ο
[0010]在实施时，本发明的主要制备步骤和发生的反应如下:
1)分别按目标包覆粉末中水合氧化铝的质量分数称取原始粉末偏钨酸铵[(NH4)6H2W12O4Q]和硝酸铝[Al (NO3)3]，其中偏妈酸钱为白色结晶粉末，硝酸铝为九水硝酸铝白色结晶体。纯度为99.9%，分析纯；
2)将步骤I)中的(NH4)6H2W12O4Q和HNO3采用水热法在高压水热釜中进行水热反应，水热反应后生成WO3和NH4NO3混合溶液，溶液中含有WO3悬浊颗粒，将生成的WO3和NH4NO3混合溶液冷却到室温后倒入烧杯中；
3)将步骤I)中Al(NO3)3和CO(NH2)2采用水热法在高压水热釜中反应，最终生成水合氧化铝[AlO(OH)]和NH4NO3混合溶液，其中AlO(OH)为胶体粒子，将生成的AlO(OH)和NH4NO3混合溶液冷却，待水热釜冷却至室温后将混合溶液搅拌均匀后缓慢倒入步骤2)中已放入WO3和NH4NO3混合溶液的烧杯中；
4)将步骤3)烧杯中的TO3、A10(0H)和NH4NO3混合溶液搅拌，混合搅拌过程中WO3悬浊颗粒和AlO(OH)胶体粒子会通过静电作用产生吸附，AlO(OH)和WO3之间通过范德瓦耳斯力结合，将混合后的溶液静置，静置过程中生成AlO(OH)包覆WO3颗粒会沉淀于烧杯的底层，静置后将上层清液缓慢倒掉，用蒸馏水清洗搅拌后继续静置，如此反复3-5次，如此反复用蒸馏水清洗静置的目的是将反应生成的NH4NO3去除；
5)将步骤4)静置得到的沉淀物进行真空抽滤，抽滤为多次抽滤，首次抽滤后将蒸馏水缓慢加入到滤斗中沉淀物上方再次进行抽滤，蒸馏水清洗抽滤3~5次，其目的在于除去残留的NH4NO3，蒸馏水清洗后再用乙醇继续清洗抽滤2~3次，其目的在于分散颗粒;抽滤得到的粉末为AlO(OH)包覆与WO3表层形成的包覆粉末，将抽滤得到的粉末进行干燥，干燥的目的是为了除去抽滤过程中残留的水分和乙醇。
[0011]其中，步骤I)中还需取过量的稀硝酸溶液，硝酸溶液的PH小于2，硝酸溶液为稀释溶液，其目的在于能电离出氢离子和硝酸根离子，实际操作中往往取过量的尿素和蒸馏水；
步骤2)中水热反应条件为:温度为180°C，时间10-15h。在升温阶段，升温速度为5-10°C/min，反应生成的混合溶液中含有WO3悬浊颗粒，冷却时将水热釜从炉子中取出放于室温下冷却，冷却方式为空冷，待水热釜冷却至室温后将水热釜中混合溶液取出倒入洁净烧杯中备用;水热反应公式如下:
(NH4) 6H2ffi204o+6HN03=12ff03+6NH4N03+4H20
步骤3)中水热反应条件为:温度180°C，时间10-15h，在升温阶段，升温速度为5-10°C/min，反应生成的混合溶液中AlO(OH)为胶体粒子，冷却时将水热釜从炉中取出放于室温下以空冷方式冷却，冷却至室温后将AlO(OH)和NH4NO3混合溶液缓慢倒入WO3和NH4NO3混合溶液中；其中Al (NO3)3和CO(NH2)2的水热反应的反应方程式为:
2A1 (NO3)3.9H20+3C0(NH2)2=2A10(OH) +3CO2+6NH4NO3+2H2O
步骤4)中搅拌时的搅拌速度为200r/min，搅拌时间为2h，每次静置时间为3_5h;
步骤5)中抽滤为真空抽滤，抽滤时间为2-3h/L，然后用蒸馏水清洗3~5次，再用乙醇继续清洗2?3次;干燥温度为80°C，干燥时间为10h，抽滤得到的粉末为AlO(OH)包覆WO3表层形成的包覆粉末。
[0012]有益效果:本发明通过分步水热法制备水合氧化铝包覆氧化钨粉末，水合氧化铝和氧化钨通过范德瓦耳斯力结合，因为水合氧化铝为胶体，胶体和同性胶体之间存在斥力故能够将颗粒之间分散，同时，水合氧化铝能均匀地包覆于氧化钨表面，阻碍了氧化钨的沉积，抑制氧化钨晶粒的长大，起到了细化晶粒的作用，故用分步水热法制备的粉末分散性好，晶粒粒径较小为纳米级粉末。
【附图说明】
[0013]图1为实施例1中偏钨酸铵和硝酸水热反应后粉末的X射线衍射图谱；
图2为实施例4中硝酸铝和尿素水热反应后粉末的X射线衍射图谱；
图3为实施例2中混合干燥后粉末的SEM电镜图像；
图4为实施例3中混合干燥后粉末的TEM电镜图像。
【具体实施方式】
[0014]下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步的阐述和说明，以下各实施例中所用到的反应物质均为本领域常规选择，稀硝酸的PH小于2。
[0015]实施例1
(1)按目标包覆粉末中水合氧化铝的质量分数为0.5%，分别称量30.3g (NH4)6H2Wi2O40，
0.75gAl(NO3)3.9H20，40ml稀HN03，0.18g CO(NH2)2,蒸馏水40ml。将(NH4)6H2Wi2O40和HNO3加入水热釜进行水热反应，水热反应的温度180°C，时间1h，反应生成WO3和NH4NO3混合溶液，将混合溶液冷却至室温；
(2)将Al(NO3)3XO(NH2)2和蒸馏水放入另外一个水热釜进行，水热反应的温度为1800C，时间为I Oh，反应生成AlO (0H)和NH4NO3混合溶液，将混合溶液冷却至室温；
(3)将WO3和NH4NO3的混合溶液与AlO(0H)和NH4NO3的混合溶液依次倒入纯净烧杯中混合搅拌，搅拌转速为200r/min，时间为2h，然后将混合溶液静置沉淀5h，再用蒸馏水清洗、静置沉淀3次，且每次静置的时间均为5h;
(4)将静置后的溶液抽滤，清洗