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难熔金属碳化钨WC
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发布日期:2012-12-07
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      难熔金属硬质化合物通常指元素周期表第Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ族中过渡元素(钛、铪、锆;钒、钽、铌;钨、钼、铬)的碳化物、氮化物、硼化物、硅化物等。这些化合物的共同特点是熔点高、硬度高。在硬质合金中应用最多的是金属碳化物,典型的有WC、TiC、TaC、NbC等,重点介绍难熔金属碳化钨即WC。
      碳化钨(WC)是生产硬质合金的主要原料,化学式WC,全称为 Wolfram Carbide, 也译作tungsten carbide。碳化钨是硬质合金的重要组成部分,也是硬质合金工业中使用最多的碳化物。为黑色六方晶体,有金属光泽,硬度与金刚石相近,为电、热的良好导体。熔点2870℃, 沸点6000℃,相对密度15.63(18℃)。碳化钨不溶于水、盐酸和硫酸,易溶于硝酸-氢氟酸的混合酸中。纯的碳化钨易碎,若掺入少量钛、钴等金属,就能减少脆性。用作钢材切割工具的碳化钨,常加入碳化钛、碳化钽或它们的混合物,以提高抗爆能力。碳化钨的化学性质稳定。 
      W和C可形成两种化合物:WC和W2C,其物理化学性质差别有异。WC具有两种晶型,常见的为简单六方结构,另外一种是面心立方结构,在2785℃下由包晶反应形成的,仅在高温下稳定。W2C为密排六方结构,其显著特点是硬度高、脆性大。
      碳化钨WC粉末的制备主要由钨粉与炭黑的混合物在碳化炉高温煅烧,其反应式为:W+C=WC。碳化反应在830℃时开始进行,超过1300℃时加速进行,通常的碳化温度为1300℃~2000℃。钨粉的碳化主要依靠气相的渗碳作用来实现,碳化分为通氢碳化和无氢碳化。通氢碳化时,WC的生成温度较低,得到的WC比较疏松。钨粉的氧含量与粒度有关。费氏粒度(FSSS)0.8μm下的钨粉,含氧量不大于0.5%;费氏粒度3μm以下的钨粉,氧含量不大于0.3%;费氏粒度10μm以下的钨粉,氧含量不大于0.25%;费氏粒度10μm以上的钨粉,氧含量不大于0.1%。
     碳化钨制备中钨粉和炭黑的配料需要准确。当碳化钨中的含碳量过低时,应补加炭黑,重新碳化。当碳化钨中含碳量过高时,应补加钨粉,重新碳化。钨粉和炭黑混合要均匀,以防止碳化产物出现黑心 分层等现象。采用球磨机时,球料比一般是1:1,钢球的直径为15~50mm,混合时间2~4h。中、细碳化钨的碳化过程在钼丝碳化炉中进行,而粗晶粒碳化钨的碳化过程在碳管炉内进行。碳化后的料块断面应呈灰色,疏松易碎。经球磨、过筛、合批后得到粒度和化学成分一直的碳化钨粉。
     碳化钨粉主要用于生产硬质合金。在碳化钨中,碳原子嵌入钨金属晶格的间隙,并不破坏原有金属的晶格,形成间隙固溶体,因此也称填隙(或插入)化合物。碳化钨可由钨和碳的混合物高温加热制得,氢气或烃类的存在能加速反应的进行。若用钨的含氧化合物进行制备,产品最终必须在1500℃进行真空处理, 以除去碳氧化合物。碳化钨适宜在高温下进行机械加工,可制作切削工具、窑炉的结构材料、喷气发动机、燃气轮机、喷嘴、穿甲弹弹芯等。
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