氧化钨及钨粉的制备ppt课件

内容 钨粉概述钨氧化物粉的制备金属钨粉的性能钨氧化钨的氢还原法 钨粉 生产硬质合金 纯钨及钨合金等制品的重要原料 化学纯度 钨粉中残留的杂质元素对产品的加工性能和使用性能产生影响 有的有害 有的有益 Ca Mg P As Si S Fe Ni Cu Al Mo会使合金的强度降低 K Na促进WC晶粒长大 V和Cr则起抑制晶粒长大的作用 氧能与碳化物发生反应 吸收碳化物中的碳而引起硬质合金脱碳 严重时 出现 相 使合金变脆 金属钨粉的性能 钨粉的物理性能 主要包括 粉末的几何性能 粒度 比表面 孔径和形状等 粉体的力学特性 松装密度 流动性 成形性 压缩性 堆积角和剪切角等 粉末的物理性能和表面特性 真密度 光泽 吸波性 表面活性等和磁性等 钨粉的性能往往在很大程度上决定了硬质合金产品的性能 钨粉的物理性能 粒度 影响粉末的加工成形 烧结时收缩和产品的最终性能 例如 硬质合金产品的性能与WC相的晶粒有很大关系 要得到较细晶粒度的硬质合金 惟有采用较细粒度的WC原料才有可能 钨粉按平均粒度分类 特粗颗粒 平均粒度 30 m粗颗粒 平均粒度10 30 m中颗粒 平均粒度3 10 m细颗粒 平均粒度0 5 3 m超细颗粒 平均粒度 0 5 m颗粒形状 取决于制粉方法 会影响到粉末的流动性和松装密度 由于颗粒间机械啮合 不规则粉的压坯强度也大 树枝状粉其压制坯强度最大 比表面积 间接反应钨粉的粒度大小和颗粒相貌 是衡量钨粉的烧结活性 溶解特性及碳化过程中与气固态物质能力的重要指标 0 01 12m2 g 钨粉的物理性能 松装密度和振实密度 粉末的粒度分布愈窄 颗粒形貌的松装愈复杂和集聚程度愈严重 则松装密度愈小 可通过调整还原过程的工艺参数来控制 流动性 压缩性和成形性 取决于制粉方法 会影响到粉末的流动性和松装密度 由于颗粒间机械啮合 不规则粉的压坯强度也大 树枝状粉其压制坯强度最大 氧化钨粉的制备 氧化物的性质对还原过程及最终钨粉的质量有较大影响 氧化钨的制备 制备钨粉原料包括 黄色氧化物 蓝色氧化物和紫色氧化物 均为仲钨酸铵在不同条件下煅烧制得 黄色氧化物 在氧化性气氛下煅烧得到 密闭条件 由于产生的NH3部分分解为N2和H2 因而系统中为还原气氛 钨氧化物被轻度还原得到蓝色氧化物 更深度的还原则得到紫色氧化物 黄色氧化物制备 影响因素 煅烧温度 热分解速度和高温下持续的时间 急剧升温 快速分解 则产出的WO3的比表面积较大 缓慢加热 慢速分解则产出的WO3比表面积小 蓝色氧化物制备 优点 比较容易控制粉末的粒度和粒度组成 且更易掺杂 组成 铵钨青铜 六方结晶 氢钨青铜 正方或六方结晶 氧化钨和 氧化钨组成的混合物 影响因素 温度 还原气氛和保温时间 蓝色氧化物制备 温度 低温下主要为铵钨青铜和氢钨青铜 其次为 氧化钨 随着温度的升高 钨青铜的相对含量逐步减少 氧化钨含量增加 温度的进一步升高 出现 氧化钨和 钨相 氧指数OI 蓝色氧化钨中氧与钨的原子分数 例如 WO3的OI值为3 蓝色氧化物制备 还原气氛 表中ATB为正常铵钨青铜 NH4 0 25WO3 2 9 ATB 为高铵钨青铜 NH4 xWO3 x 2 5 ATB 为低氨氧指数铵钨青铜 NH4 yWO2 9 2 8 y 0 25 同样温度下 随着还原气氛的增加 铵钨青铜的还原过程增加 氧指数降低 蓝色氧化物制备 小结 煅烧温度是影响蓝色氧化物的主要因素 温度升高 氨含量降低 OI降低 比表面积降低 保温时间延长能够产生于温度同样的影响 但程度较低 系统的还原气氛加强有利于得到OI值低的产品 与生产黄色氧化钨相同 加快升温速度有利于得到比表面积大 颗粒细的产品 紫色氧化物制备 特点 WO2 72为主要相组成的钨氧化钨 具有细针状结构 活性大 氢还原速度快 有利于制取均匀的超细钨粉 紫色氧化钨的3种主要方法 APT还原法 回转炉煅烧法 有氨存在时 APT在氨裂解气氛中煅烧分解 脱除水分并轻度还原而得 直接合成法 将WO3和W粉按照一定比例混合 在纯氩气中加热 阅读 P50 53 钨氧化物制备工艺与装备 见 硬质合金 羊建高等 中南大学出版社 回转炉煅烧法制备紫色氧化钨的反应方程式 金属钨粉的制备 氢还原制备金属钨粉 W O系中除存在WO3外 还存在WO2 9 WO2 72 WO2等低价氧化钨 因此WO3氢还原过程中将进行一系列中间反应 过程主要反应及各反应的标准自由能变化及平衡常数与温度的关系 基本的热力学分析 当系统中实际的值在线1的上方 则反应将向生成WO3的方向进行 即区域I为WO3的稳定区 为得到W粉 反应条件应控制在线4以下 小于885K WO2 72相不稳定 随着系统中PH2O PH2的降低 WO3优先还原成WO2 9 再依次还原成WO2 72 885K WO2及W 温度低于885K 则WO2 9不经过WO2 72而直接还原成WO2 反应历程及反应动力学 干氢气中气相传质条件良好时 转炉蓝钨 铵钨青铜 黄钨 紫钨的氢还原历程 测试方法 干氢气中采用阶段升温保温的方式加热 在每一个保温阶段使用X衍射仪扫描 反应历程及反应动力学 I 气相传质良好 干氢气中及扩散条件良好的情况下 下面反应的热力学条件均可满足 转炉蓝钨还原的历程是 铵钨青铜的还原历程与之大同小异 黄钨还原过程没有发现 W 其它基本相同 转炉蓝钨还原的历程是 紫钨在750oC就全部转化为 W 有可能在较低温度下制得较细的钨粉 反应历程及反应动力学 I 气相传质良好 反应历程及反应动力学 II 气相传质很差 工业条件下 即当料层厚度在数毫米至数厘米之间 同一断面其上下层的反应并不相同 部分是由于料层中H2O及H2扩散速度有限 过程为外扩散所控制 还原过程生成的水蒸气从料层中溢出具有一定的扩散阻力 任何增加扩散阻力的因素 如增加料层厚度 减少钨氧化钨原料的粒度等 都将导致还原时间明显延长 钨粉颗粒的长大机理 氧化钨水合物的挥发与沉积 在600oC以上的温度下 钨的氧化物能与水蒸气形成易挥发的水合物WO2 OH 2 它们挥发后沉积在其他颗粒上并被还原 氧化 还原反应 细颗粒能够在比较小的水蒸气分压下被氧化成WO2nH2O WO2 72nH2O 这些挥发性的含水氧化钨沉积在比表面积小的粗钨粉上并被还原 使之进一步长大 钨粉粒度及分布的影响因素 还原温度及升温速度 氢气湿度 流速及流向 料层厚度 加料速度及空隙度 杂质元素 钨粉颗粒形貌的影响因素 随还原条件的不同 钨粉颗粒形貌发生相应的变化 例如 料层厚度在20 50mm 还原过程在800oC左右进行时 则