專利名稱：近球形鎢粉的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種近球形鎢粉的制備方法。
背景技術：
金屬鎢具有高硬度、高強度、低蒸汽壓、良好的耐蝕性和高溫耐蝕性等一系列優異 性能。用其制成的鎢多孔體具有特別優良的尺寸穩定性和耐久的壽命，已越來越廣泛用于 電子、航空、武器等應用領域中。隨著電子、航空領域的發展，對鎢材料提出了球形致密微 細化的形貌結構要求。如在制備電真空器件用高發射率的鎢基陰極材料時，Cronin J L在 1981年就曾指出，為了滿足儲備式陰極材料質量性能的更高要求，應使用比目前使用的多 角形鎢粉具有粒度組成更窄，顆粒表面更圓滑的鎢粉作原料，因為采用球形致密鎢粉制備 的多孔鎢基體可以為發射物質鋇提供充足的儲存空間和遷移通道，這樣就可以有效地提高 發射電流密度，提升整個陰極組件的性能；在用于熔融金屬過濾的鎢過濾片的制備中，過濾 片的透過性與它的開放孔隙率密切相關，采用球化粉，特別是球化率高的球化粉制造的濾 片相對于用非球形鎢粉制造的的濾片，可以獲得更高的空隙率，提高了濾片的透過率；在熱 噴涂領域，致密球形粉體是形成均勻涂層的基礎，球形鎢粉因其流動性好，得到的涂層更 均勻、致密，同時細微化的粉體可以獲得更加致密的涂層，提高涂層的耐磨性和耐熱性能； 在粉末冶金工藝中，用球形鎢粉做成的粉末冶金壓坯在一方面燒結過程中收縮非常均勻， 可實現良好的尺寸控制，另一方面用這種方法生產的板材與工業鎢生產的相比，具有較高 的再結晶溫度、較高的硬度和較低的彎曲轉變溫度，用球形鎢粉制造的火箭噴嘴襯套，在 熱應力下具有良好的抗斷裂性和抗腐蝕性。我國作為鎢資源大國，研究開發高性能球形鎢 粉對發揮我國優勢資源，促進我國材料工業的發展具有十分重要的意義。目前能成功球形鎢粉的制備方法主要有1、等離子體化學氣相合成法(Journal of Refractory Metals & Hard Materials 27 (2009) 149 - 154)，這種方法借助氫氣熱等 離子對鎢鹽的汽化分解還原可以制備出球形鎢粉，但由于它是由氣態凝固，一般為納米級 顆粒，設備非常昂貴、復雜，生產能力低；2、等離子球化法(有色金屬，2008，60(1) :41-42)， 這種方法利用等離子體的高溫對多角形鎢粉的表面或整體熔化，因表面張力形成球形顆 粒，并通過極高的冷卻速度凝固制備出微米級的球形鎢粉，該方法的設備昂貴，制備成本 高，且制備得粉體發生明顯粗化；3、鎢酸鹽沉淀還原法(中國專利200810239760. 2)，這種 方法綜合使用濃硫酸作為鎢酸銨的沉淀劑以及分散劑，得到鎢酸沉淀，然后將沉淀物干燥 并還原球形鎢顆粒，該方法中由于使用濃硫酸，對設備的要求極高，生產環境的污染嚴重， 同時制備出的球形鎢粉的粒徑分布局限在1. 2^2. 8微米。最近的研究表明，近球形鎢粉也具有球形鎢粉的優良性能，因此有必要探索和 發展新的近球形鎢粉制備工藝。
發明內容
本發明的目的是提供一種形狀分布均勻性好，工藝簡單，生產成本較低且適于工業化生產的近球形鎢粉的制備方法。為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案包括以下步驟
A.將鎢粉放置在50 100°C下干燥至含水率為1%以下；
B.將經過干燥處理的鎢粉在450 520°C氧化處理，當氧化增重為8 llg/100g時冷
至室溫；
C.將經過B步驟處理的粉末加入到0H_濃度為3 8mol/L的堿性溶液中，粉末與溶 液的比例為lg :5ml lg :15ml，反應溫度為70 100°C，然后靜置至溶液呈透明及沉淀顏 色與原始鎢粉顏色一致，除去上層清液；
D.用去離子水對C步驟的堿洗粉末進行清洗，粉末與去離子水的比例為lg/25ml lg/50ml，再用酒精清洗，粉末與酒精比例為lg/25ml lg/50ml ；
E.將經過D步驟清洗的粉末在惰性氣氛保護下干燥，干燥溫度為50 100°C，直至含 水率降至1%以下。作為改進，步驟B中鎢粉是直接置于450 520°C溫度下進行氧化處理。作為進一步改進，步驟D中所述用去離子水清洗為2 6遍。優選地，E步驟所述惰性氣氛為氬氣。本發明將經過干燥處理的鎢粉進行氧化處理。由于鎢粉突出部分尖角和棱邊處比 表面積大，活性較大，在氧化過程中的氧化速率會明顯高于平坦的表面。將這些局部優先重 氧化的突出部分(尖角)尖角和棱邊用堿液洗去后，便形成了比原鎢粉顆粒表面更圓滑的近 球形顆粒。本發明所采用的氧化制度在使鎢粉顆粒氧化過程中局部優先重氧化充分完成的 同時，平緩表面氧化程度較小，這樣既可以獲得理想的近球形鎢粉顆粒粒型，又可避免鎢粉 過多的氧化損失。使用本發明的方法所制備的近球形鎢粉具有形狀分布均勻性好的優點， 同時本發明方法還有工藝簡單，生產成本較低且適于工業化生產的有益效果。
具體實施例方式實施例1:
A.將費氏平均粒度為7.5i!m的工業多角形鎢粉放置在100°C下干燥至含水率為 0. 1% ；
B.將經過干燥處理的鎢粉在450°C氧化處理120min，當氧化增重為8g/100g時冷至室
C.將經過B步驟處理的粉末加入到0H_濃度為3mol/L的NaOH溶液中，粉末與溶液 的比例為lg :5ml，反應溫度為70°C，然后靜置至溶液呈透明及沉淀顏色與原始鎢粉顏色一 致，除去上層清液；
D.用去離子水對C步驟的堿洗粉末進行清洗2遍，粉末與去離子水的比例為lg/25ml， 再用酒精清洗，粉末與酒精比例為lg/25ml ；
E.將經過D步驟清洗的粉末在氬氣保護下干燥，干燥溫度為50°C，直至含水率降至 0. 5%。按所描述的方法制成平均粒徑為3 u m的近球形鎢粉。實施例2:
A.將費氏平均粒度為8. 5 ym的工業多角形鎢粉放置在100°C下干燥至含水率為1% ；B.將經過干燥處理的鎢粉在520°C氧化處理，當氧化增重為llg/100g時冷至室溫；
C.將經過B步驟處理的粉末加入到0H_濃度為8mol/L的NaOH溶液中，粉末與溶液的 比例為lg :15ml，反應溫度為100°C，然后靜置至溶液呈透明及沉淀顏色與原始鎢粉顏色一 致，除去上層清液；
D.用去離子水對C步驟的堿洗粉末進行清洗，粉末與去離子水的比例為lg/50ml，再用 酒精清洗6遍，粉末與酒精比例為lg/50ml ；
E.將經過D步驟清洗的粉末在氬氣保護下干燥，干燥溫度為100°C，直至含水率降至1%。按所描述的方法制成近球形鎢粉，粒度分布在4到6 y m之間。實施例3:
A.將費氏平均粒度為9u m的工業多角形鎢粉放置在80°C下干燥至含水率為0. 6% ；
B.將經過干燥處理的鎢粉在490°C氧化處理，當氧化增重為9g/100g時冷至室溫；
C.將經過B步驟處理的粉末加入到0H_濃度為5mol/L的K0H溶液中，粉末與溶液的比 例為lg :12ml，反應溫度為85°C，然后靜置至溶液呈透明及沉淀顏色與原始鎢粉顏色一致， 除去上層清液；
D.用去離子水對C步驟的堿洗粉末進行清洗5遍，粉末與去離子水的比例為lg/44ml， 再用酒精清洗，粉末與酒精比例為lg/50ml ；
E.將經過D步驟清洗的粉末在真空下干燥，干燥溫度為80°C，直至含水率降至0.8%。按所描述的方法制成近球形鎢粉，粒度分布在4到6i!m之間。實施例4:原料為費氏平均粒度為6i!m的工業多角形鎢粉，采用的氧化制度為 450°C X 180min, NaOH 溶液濃度為 6mol/L，
A.將費氏平均粒度為6ym的工業多角形鎢粉放置在70°C下干燥至含水率為1%;
B.將經過干燥處理的鎢粉在520°C氧化處理，當氧化增重為9g/100g時冷至室溫；
C.將經過B步驟處理的粉末加入到0H_濃度為6.6mol/L的NaOH溶液中，粉末與溶液 的比例為lg :15ml，反應溫度為750°C，然后靜置至溶液呈透明及沉淀顏色與原始鎢粉顏色 一致，除去上層清液；
D.用去離子水對C步驟的堿洗粉末進行清洗4遍，粉末與去離子水的比例為lg/25ml， 再用酒精清洗，粉末與酒精比例為lg/25ml ；
E.將經過D步驟清洗的粉末在氬氣保護下干燥，干燥溫度為100°C，直至含水率降至1%。按所描述的方法制成近球形鎢粉，粒度分布在2到Mm之間。實施例5 原料為費氏平均粒度為5i!m的工業多角形鎢粉，采用的氧化制度為 450°C X80min, NaOH 溶液濃度為 6mol/L，
A.將費氏平均粒度為5ym的工業多角形鎢粉放置在100°C下干燥至含水率為1%以
下；
B.將經過干燥處理的鎢粉在500°C氧化處理，當氧化增重為llg/100g時冷至室溫；
C.將經過B步驟處理的粉末加入到0H_濃度為3mol/L的NaOH溶液中，粉末與溶液的 比例為lg :15ml，反應溫度為70°C，然后靜置至溶液呈透明及沉淀顏色與原始鎢粉顏色一 致，除去上層清液；D.用去離子水對C步驟的堿洗粉末進行清洗6遍，粉末與去離子水的比例為lg/25ml， 再用酒精清洗，粉末與酒精比例為lg/25ml ；
E.將經過D步驟清洗的粉末在惰性氣氛保護下干燥，干燥溫度為100°C，直至含水率降 至 0. 2%。 按所描述的方法制成近球形鎢粉，粒度分布在2到3pm之間。
權利要求
一種近球形鎢粉的制備方法，其特征是，包括以下步驟，A.將鎢粉放置在50～100℃下干燥至含水率為1%以下；B.將經過干燥處理的鎢粉在450～520℃氧化處理，當氧化增重為8～11g/100g時冷至室溫；C.將經過B步驟處理的粉末加入到OH 濃度為3～８mol/L 的堿性溶液中，粉末與溶液的比例為1g5ml～1g15ml，反應溫度為70～100℃，然后靜置至溶液呈透明及沉淀顏色與原始鎢粉顏色一致，除去上層清液；D.用去離子水對C步驟的堿洗粉末進行清洗，粉末與去離子水的比例為1g/25ml～1g/50ml，再用酒精清洗，粉末與酒精比例為1g/25ml～1g/50ml； E.將經過D步驟清洗的粉末在惰性氣氛保護下干燥，干燥溫度為50～100℃，直至含水率降至1%以下。
2.根據權利要求1的近球形鎢粉的制備方法，其特征是，步驟B中鎢粉是直接置于 450 520°C溫度下進行氧化處理。
3.根據權利要求1的近球形鎢粉的制備方法，其特征是，步驟D中所述用去離子水清洗 為2 6遍。
4.根據權利要求1的近球形鎢粉的制備方法，其特征是，E步驟所述惰性氣氛為氬氣。
全文摘要
本發明提供了一種近球形鎢粉的制備方法，包括在50～100℃下干燥、在450～520℃氧化、用OH-濃度為3～８mol/L的堿性溶液堿洗以及清洗和干燥等步驟。本發明將經過干燥處理的鎢粉進行氧化處理。由于鎢粉突出部分尖角和棱邊處比表面積大，活性較大，在氧化過程中的氧化速率會明顯高于平坦的表面。將這些局部優先重氧化的突出部分(尖角)尖角和棱邊用堿液洗去后，便形成了比原鎢粉顆粒表面更圓滑的近球形顆粒。使用本發明的方法所制備的近球形鎢粉具有形狀分布均勻性好的優點，同時本發明方法還有工藝簡單，生產成本較低且適于工業化生產的有益效果。
文檔編號B22F1/00GK101983804SQ20101057149
公開日2011年3月9日 申請日期2010年12月3日 優先權日2010年12月3日
發明者李周, 汪明樸, 邱文婷 申請人:中南大學