机械与热综合活化法制备超细WC和WC-Co粉末

论文摘要

本文采用XRD、SEM等分析手段比较研究了WO3-G系和WO3-G-Co3O4系两种组分的混合粉末经高能球磨后分步进行还原和碳化反应制备超细WC与WC-Co粉末材料的过程。球磨过程能量转化计算表明,随着球磨机转速Ω的增大,磨球的平均线速度呈线性增大。随着球粉比RBP增大,碰撞频率f显著增大,平均自由程S显著减小,略有减小。WO3-G系和WO3-G-Co3O4系原始粉末在球磨过程中,随着时间的延长,粉末不断细化,在不同阶段开始诱发WO3向WO2的还原反应。随球磨机转速Ω的增大,球磨粉末的晶粒尺寸显著减小。球粉比对WO3和石墨的固态还原反应有显著影响,随球粉比增大,固态反应的诱发时间缩短。Co3O4的添加有利于提高球磨效率。选择供后续还原和碳化用球磨粉末的优化球磨工艺参数为:对WO3-G系,球粉比40:1,球磨机转速500r/min,球磨时间12h;对WO3-G-Co3O4系,球粉比30:1,球磨机转速500r/min,球磨时间12h。该两组工艺球磨后粉末的晶粒尺寸在70-100nm范围。经优化球磨工艺球磨的WO3-G系和WO3-G-Co3O4系粉末在流动H2和Ar混合气氛中还原时,随着还原温度的升高和还原时间的延长,WO3-G系球磨粉末中WO3的主要转变顺序为:WO3→WO2.9→WO2→W;WO3-G-Co3O4系中WO3的主要转变顺序为:WO3→WO2.9→WO2.72→WO2→W。确定WO3-G系和WO3-G-Co3O4系球磨粉末的优化还原工艺为还原温度700℃,还原时间2h,还原粉末的晶粒尺寸在100-200nm范围。经优化还原工艺还原后的WO3-G系和WO3-G-Co3O4系粉末在流动的Ar气中碳化时,随着碳化温度的升高和碳化时间的延长,WO3-G系中,首先形成W2C相,继续碳化逐渐转化为WC。WO3-G-Co3O4系碳化反应主要过程为:W（Co3W）→Co6W6C→Co3W3C→W2C→WC。Co对还原和碳化反应都具有催化作用。确定优化碳化工艺为:WO3-G系还原粉末碳化温度1000℃,碳化时间2h,碳化得到的WC晶粒尺寸在400-500nm范围。WO3-G-Co3O4系还原粉末碳化温度900℃,碳化时间2h,碳化得到的WC-Co复合粉末中WC晶粒尺寸在200-300nm范围。

论文目录

• 摘 要
• Abstract
• 第一章 绪 论
• 1.1 选题意义
• 1.2 传统碳化钨的发展回顾
• 1.2.1 W-C系相图
• 1.2.2 传统WC粉末的制备方法
• 1.2.3 传统WC-Co硬质合金的制备及发展
• 1.3 超细及纳米WC-Co粉末的制备
• 1.3.1 热化学合成法
• 1.3.2 原位渗碳还原法
• 1.3.3 共沉淀法
• 1.3.4 等离子体法
• 1.3.5 机械合金化法
• 1.3.6 其它合成方法
• 1.4 机械合金化法制备粉体材料的原理与工艺
• 1.4.1 机械合金化的发展概况
• 1.4.2 机械合金化设备
• 1.4.3 机械合金化过程的工艺参数
• 1.4.4 机械合金化过程的机制
• 1.4.5 机械合金化制备材料的不同工艺
• 1.4.6 机械合金化法在WC制备中的应用进展
• 1.5 本文主要研究内容
• 第二章 试验材料与试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 试验原料
• 2.1.2 球磨材料设计
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 球磨试验
• 2.2.2 球磨粉末的还原工艺
• 2.2.3 还原粉末的碳化工艺
• 2.3 微观结构测试
• 3-G系和WO₃-G-Co₃O₄系原始粉末在球磨过程中的行为'>第三章 WO₃-G系和WO₃-G-Co₃O₄系原始粉末在球磨过程中的行为
• 3.1 球磨过程的能量转化计算
• 3.1.1 磨球的平均运动速度
• 3.1.2 磨球的平均碰撞频率
• 3.1.3 磨球运动的平均自由程
• 3.2 球磨工艺参数对球磨效率的影响
• 3.2.1 球磨机转速对球磨效率的影响
• 3.2.2 球粉比对球磨效率的影响
• 3.2.3 球磨时间对球磨效率的影响
• 3O₄对球磨效率的影响'>3.2.4 Co₃O₄对球磨效率的影响
• 3.3 本章小结
• 3-G系和WO₃-G-Co₃O₄系球磨粉末在H₂中的还原反应过程'>第四章 WO₃-G系和WO₃-G-Co₃O₄系球磨粉末在H₂中的还原反应过程
• 4.1 球磨粉末的还原反应过程及其影响因素
• 4.1.1 还原温度的影响
• 4.1.2 还原时间的影响
• 3的热力学和动力学分析'>4.2 氢还原WO₃的热力学和动力学分析
• 3在H₂中的还原机理分析'>4.3 WO₃在H₂中的还原机理分析
• 4.4 本章小结
• 3-G系和WO₃-G-Co₃O₄系还原粉末的碳化反应过程'>第五章 WO₃-G系和WO₃-G-Co₃O₄系还原粉末的碳化反应过程
• 3-G系和WO₃-G-Co₃O₄系还原粉末的碳化工艺'>5.1 WO₃-G系和WO₃-G-Co₃O₄系还原粉末的碳化工艺
• 3-G系还原粉末的碳化工艺'>5.1.1 WO₃-G系还原粉末的碳化工艺
• 3-G-Co₃O₄系还原粉末的碳化工艺'>5.1.2 WO₃-G-Co₃O₄系还原粉末的碳化工艺
• 3-G系和WO₃-G-Co₃O₄系还原粉末的碳化机理'>5.2 WO₃-G系和WO₃-G-Co₃O₄系还原粉末的碳化机理
• 3-G系还原粉末的碳化机理'>5.2.1 WO₃-G系还原粉末的碳化机理
• 3-G-Co₃O₄系还原粉末的碳化机理'>5.2.2 WO₃-G-Co₃O₄系还原粉末的碳化机理
• 5.3 本章小结
• 结 论
• 致 谢
• 参考文献
• 个人简历