碳化钨及钴粉的制备
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粗晶铝热工艺：通过高吸热反应使WC直接从钨精矿中生产出来，该法 能生产高纯度、粗颗粒、大块、单相WC晶粒。
钨精矿熔盐碳化法：在1050-1100℃的高温下，用Na2SiO3-NaCl熔 盐将钨精矿分解，将所生成的Na2WO4-NaCl熔盐相同含有Fe、Mn、 Ca的硅酸盐相分离，然后用甲烷喷入熔盐相中，生成粗晶WC。
添加钴、镍高温碳化：在钨粉配碳时加入少量钴、镍或它们的氧化物， 可以改变碳化机理，提高碳化的速度，此种方法生产的粗晶WC的晶粒 度受配钴量的影响极大，配钴量越大所得WC越粗。
添加钠盐法：在APT中添加钠盐，然后在较高的温度下还原，可得粒度 大于10μm的粗钨粉，再经高温碳化可得粗颗粒WC粉。
超粗碳化钨粉的制备
APT快速锻烧快速还原法：将APT在850-1000℃下于氧化气氛中快速 加热锻烧，然后在氢气炉中快速加热到1100-1300℃的温度下还原， 用此种方法可制备粒度为25-36μm的钨粉。
卤化物沸腾层氢还原法：将钨的氯化物或氟化物在沸腾层中用H2还原。 首先将H2和原始钨粉送入反应器底部，制成钨沸腾层，而卤化物蒸气 由反应器上部通入反应器内，在给定的最佳温度下被H2还原成钨粉， 并沉积在原始钨粉上，使原始钨粉逐渐粗化，定期有反应器内部卸出 钨粉。用此种方法制备的钨粉粒度大于40μm。
碳化和重新碳化工艺条件
典型碳化设备
钨粉与炭黑 混合均匀十 分重要。
超细碳化钨粉的生产（一）
三氧化钨直接碳化法：日本东京钨和住友电气公司
✓ 第一炉内：超细晶粒形核发生在WO2.72向WO2的转变过程中。中间产物WO2.72本身
晶粒极细以及WO2.72向WO2的转变过程时的体积急剧收缩、密度显著增加而引起。在 物料中含有炭黑的情况下，不会形成促使晶粒长大的挥发性WO2（OH）2水合物。 ✓ 第二炉内：超细钨粉，于1597oC、H2气氛下被直接碳化成超细WC粉。
✓ 进一步的碳化处理。
超细碳化钨粉的生产（三）
✓ 以紫色氧化钨为原料制取超细WC粉的方法。特点：紫色氧化钨 （WO2.72）为细条聚合体疏松多孔，还原时有利于H2的渗入和水 蒸气溢出。在此基础上，进一步生产超细WC粉。 ✓ 等离子体化学合成法制备超细/纳米WC粉。 ✓ 置换反应法制备纳米WC粉。 ✓ 机械合金化法制备纳米WC粉。 ✓ 机械化学合成法制备纳米WC粉。
超细碳化钨粉的生产（二）
美国Dow化学公司的快速碳热还原碳化法
✓ 将钨氧化物与炭黑在连续立式反应器中 进行。一定压力的Ar气夹带着原料混合物 以雾状形式进入反应区。混合物以每秒 104～108K的速度达到帜热。
✓ 反应物离开高温区后，流动的Ar气将产 物带进不锈钢水冷区使其快速冷却到 283K以下。
碳化过程的影响因素
碳氢化合物（或一氧化碳）浓度和碳向钨粉颗粒内部扩散速度 的约束。
钨粉碳化过程中化合碳量总是随着温度的升高而增加。 WC粉粒度则受钨粉粒度、碳化温度、碳化时间等影响。
原料的技术要求
✓ 钨粉的氧含量与粒度有关。费氏粒度0.8μm的钨粉，氧含量不大于0.5%；
0.8～3 μm的钨粉，氧含量不大于0.3%； 0.8～3 μm的钨粉，氧含量不大于0.25% 。
粉颗粒内部。此时，氢气实际上只起着碳的载体作用。
不通氢气条件下
C+O2=CO2； 2C+O2=2CO； W+2CO=WC+CO2
炉内的气相为一氧化碳。 400oC左右时，炉料中的碳与炉内（或物料）中的百度文库反应，生成
二氧化碳。 500～600oC，反应速度加快，出现不完全反应，生成一氧化碳。 1000oC以上，只能以一氧化碳的形式存在。
配碳及配碳计算
配碳计算
表示钨粉中的含氧量
QC
( XC 100 XC
0.75 XO2 100
) QW
表示需要的炭黑质量 表示WC规定的含碳量，%
表示钨粉的质量
补加炭黑
CX
Q(100 100
CB ) CA
CX：炭黑补加量，kg； CA：需要的炭黑质量； CB：实际含碳量； Q：WC质量。
例1：一批210公斤的WC粉，经分析总碳量为6.00%，客户要求的含碳量为6.10%， 则炭黑补加量应为？
例2：一批210公斤的WC粉，经分析总碳量为6.20%，客户要求的含碳量为5.90%， 则钨粉的补加量应为？
钨粉配碳表
例3：一批210公斤的WC粉，客户要求的含 碳量为6.10%，则炭黑的配量应为？ 例4：一批2100公斤的WC粉，钨粉的含氧 量是0.11%，则炭黑增配量应为？
碳化钨粉末的工艺流程
碳化钨的基本性质
WC具有高硬度、高耐磨性等优点。硬质合金使用最多的碳化物。 能溶于多种具有面心立方间隙相结构的难溶碳化物中。
WC和W2C的晶体结构
WC的晶胞结构为非中心对称结构，其简单六方晶型结构中每一个晶 胞包含2个原子。
W2C属于密排六方结构，C原子位于六个W原子构成的八面体间隙， 单位晶胞中，W、C的比例为2：1。
基本原理
W+C=WC
WC粉的生产过程是钨粉和炭黑的混合物在一定温度下与含碳 气体发生反应进行。
依靠①钨粉颗粒表面与含碳气体的反应及②碳向钨粉颗粒内部 的扩散来实现。
思考：如何提高WC合成的速度？
通氢气条件下
C+2H2=CH4 W+CH4=WC+H2
氢气与炭黑反应生成碳氢化合物，主要是甲烷。 甲烷高温下分解为高活性炭并沉积在钨粉上，进一步扩散到钨
超粗碳化钨粉制备技术
钨粉高温碳化：高温长时碳化，可以使WC的晶格缺陷降至最低、微观 应变最小，WC的塑性得到改善。这是目前国内的主要生产方式。碳化 的温度不宜超过1800-1900℃，在超过1800℃，WC晶粒间易发生晶 界融合长大，致使WC粒度分布不均。
氧化钨掺锂盐的中温还原和高温碳化：通过加入添加剂，加速WO3还 原过程中的挥发沉积速率，致使钨粉粒度在较低的温度下得以长大，用 于钨粉长大的添加剂为锂盐，该法主要用于制取矿用合金和冷微模合金。
超粗碳化钨粉的制备
✓ 低钴粗晶合金特点：WC晶粒粗，比表面积小，使合金中钴层增 厚，缓解使用时WC晶粒之间的冲击，从而提高合金的冲击韧性。 同时，可相应减少合金中的含钴量，增加合金中的WC含量，使合 金的耐磨性提高。 ✓ 主要制备方法：高温还原、高温碳化、添加碱土金属或碱金属 元素高温碳化法、超细钨粉高温碳化法、粗细钨粉混合碳化法、 铝热法等。
钨精矿熔盐碳化法：在1050-1100℃的高温下，用Na2SiO3-NaCl熔 盐将钨精矿分解，将所生成的Na2WO4-NaCl熔盐相同含有Fe、Mn、 Ca的硅酸盐相分离，然后用甲烷喷入熔盐相中，生成粗晶WC。
添加钴、镍高温碳化：在钨粉配碳时加入少量钴、镍或它们的氧化物， 可以改变碳化机理，提高碳化的速度，此种方法生产的粗晶WC的晶粒 度受配钴量的影响极大，配钴量越大所得WC越粗。
添加钠盐法：在APT中添加钠盐，然后在较高的温度下还原，可得粒度 大于10μm的粗钨粉，再经高温碳化可得粗颗粒WC粉。
超粗碳化钨粉的制备
APT快速锻烧快速还原法：将APT在850-1000℃下于氧化气氛中快速 加热锻烧，然后在氢气炉中快速加热到1100-1300℃的温度下还原， 用此种方法可制备粒度为25-36μm的钨粉。
卤化物沸腾层氢还原法：将钨的氯化物或氟化物在沸腾层中用H2还原。 首先将H2和原始钨粉送入反应器底部，制成钨沸腾层，而卤化物蒸气 由反应器上部通入反应器内，在给定的最佳温度下被H2还原成钨粉， 并沉积在原始钨粉上，使原始钨粉逐渐粗化，定期有反应器内部卸出 钨粉。用此种方法制备的钨粉粒度大于40μm。
碳化和重新碳化工艺条件
典型碳化设备
钨粉与炭黑 混合均匀十 分重要。
超细碳化钨粉的生产（一）
三氧化钨直接碳化法：日本东京钨和住友电气公司
✓ 第一炉内：超细晶粒形核发生在WO2.72向WO2的转变过程中。中间产物WO2.72本身
晶粒极细以及WO2.72向WO2的转变过程时的体积急剧收缩、密度显著增加而引起。在 物料中含有炭黑的情况下，不会形成促使晶粒长大的挥发性WO2（OH）2水合物。 ✓ 第二炉内：超细钨粉，于1597oC、H2气氛下被直接碳化成超细WC粉。
✓ 进一步的碳化处理。
超细碳化钨粉的生产（三）
✓ 以紫色氧化钨为原料制取超细WC粉的方法。特点：紫色氧化钨 （WO2.72）为细条聚合体疏松多孔，还原时有利于H2的渗入和水 蒸气溢出。在此基础上，进一步生产超细WC粉。 ✓ 等离子体化学合成法制备超细/纳米WC粉。 ✓ 置换反应法制备纳米WC粉。 ✓ 机械合金化法制备纳米WC粉。 ✓ 机械化学合成法制备纳米WC粉。
超细碳化钨粉的生产（二）
美国Dow化学公司的快速碳热还原碳化法
✓ 将钨氧化物与炭黑在连续立式反应器中 进行。一定压力的Ar气夹带着原料混合物 以雾状形式进入反应区。混合物以每秒 104～108K的速度达到帜热。
✓ 反应物离开高温区后，流动的Ar气将产 物带进不锈钢水冷区使其快速冷却到 283K以下。
碳化过程的影响因素
碳氢化合物（或一氧化碳）浓度和碳向钨粉颗粒内部扩散速度 的约束。
钨粉碳化过程中化合碳量总是随着温度的升高而增加。 WC粉粒度则受钨粉粒度、碳化温度、碳化时间等影响。
原料的技术要求
✓ 钨粉的氧含量与粒度有关。费氏粒度0.8μm的钨粉，氧含量不大于0.5%；
0.8～3 μm的钨粉，氧含量不大于0.3%； 0.8～3 μm的钨粉，氧含量不大于0.25% 。
粉颗粒内部。此时，氢气实际上只起着碳的载体作用。
不通氢气条件下
C+O2=CO2； 2C+O2=2CO； W+2CO=WC+CO2
炉内的气相为一氧化碳。 400oC左右时，炉料中的碳与炉内（或物料）中的百度文库反应，生成
二氧化碳。 500～600oC，反应速度加快，出现不完全反应，生成一氧化碳。 1000oC以上，只能以一氧化碳的形式存在。
配碳及配碳计算
配碳计算
表示钨粉中的含氧量
QC
( XC 100 XC
0.75 XO2 100
) QW
表示需要的炭黑质量 表示WC规定的含碳量，%
表示钨粉的质量
补加炭黑
CX
Q(100 100
CB ) CA
CX：炭黑补加量，kg； CA：需要的炭黑质量； CB：实际含碳量； Q：WC质量。
例1：一批210公斤的WC粉，经分析总碳量为6.00%，客户要求的含碳量为6.10%， 则炭黑补加量应为？
例2：一批210公斤的WC粉，经分析总碳量为6.20%，客户要求的含碳量为5.90%， 则钨粉的补加量应为？
钨粉配碳表
例3：一批210公斤的WC粉，客户要求的含 碳量为6.10%，则炭黑的配量应为？ 例4：一批2100公斤的WC粉，钨粉的含氧 量是0.11%，则炭黑增配量应为？
碳化钨粉末的工艺流程
碳化钨的基本性质
WC具有高硬度、高耐磨性等优点。硬质合金使用最多的碳化物。 能溶于多种具有面心立方间隙相结构的难溶碳化物中。
WC和W2C的晶体结构
WC的晶胞结构为非中心对称结构，其简单六方晶型结构中每一个晶 胞包含2个原子。
W2C属于密排六方结构，C原子位于六个W原子构成的八面体间隙， 单位晶胞中，W、C的比例为2：1。
基本原理
W+C=WC
WC粉的生产过程是钨粉和炭黑的混合物在一定温度下与含碳 气体发生反应进行。
依靠①钨粉颗粒表面与含碳气体的反应及②碳向钨粉颗粒内部 的扩散来实现。
思考：如何提高WC合成的速度？
通氢气条件下
C+2H2=CH4 W+CH4=WC+H2
氢气与炭黑反应生成碳氢化合物，主要是甲烷。 甲烷高温下分解为高活性炭并沉积在钨粉上，进一步扩散到钨
超粗碳化钨粉制备技术
钨粉高温碳化：高温长时碳化，可以使WC的晶格缺陷降至最低、微观 应变最小，WC的塑性得到改善。这是目前国内的主要生产方式。碳化 的温度不宜超过1800-1900℃，在超过1800℃，WC晶粒间易发生晶 界融合长大，致使WC粒度分布不均。
氧化钨掺锂盐的中温还原和高温碳化：通过加入添加剂，加速WO3还 原过程中的挥发沉积速率，致使钨粉粒度在较低的温度下得以长大，用 于钨粉长大的添加剂为锂盐，该法主要用于制取矿用合金和冷微模合金。
超粗碳化钨粉的制备
✓ 低钴粗晶合金特点：WC晶粒粗，比表面积小，使合金中钴层增 厚，缓解使用时WC晶粒之间的冲击，从而提高合金的冲击韧性。 同时，可相应减少合金中的含钴量，增加合金中的WC含量，使合 金的耐磨性提高。 ✓ 主要制备方法：高温还原、高温碳化、添加碱土金属或碱金属 元素高温碳化法、超细钨粉高温碳化法、粗细钨粉混合碳化法、 铝热法等。