氢等离子体制备纳米硬质合金粉末的研究

【摘要】：本文研究了等离子体高温条件下C-H平衡体系,研究表明在2000K～3500K温度范围内C-H平衡体系中的主要产物是C_2H_2,当以碳氢气体为碳源利用等离子体制备碳化钨钴时,碳氢气体在等离子体高温作用下转化为C_2H_2,反应器中发生的反应是原料与C_2H_2反应形成碳化钨钴,而不是与原始的碳氢气体反应,从而确定了以价格低廉的C_2H_2代替价格昂贵的高纯CH_4为碳化气体,从而大大降低了制备成本;研究了等离子体制备碳化钨钴时的还原及碳化反应机理,确定了低沸点的钨钴复盐(CoWO_4)为原料代替氧化钨制备纳米硬质合金粉末,研究表明,2700K～3100K为钨钴复盐(CoWO_4)和乙炔在氢等离子体中直接制备纳米碳化钨钴硬质合金粉末的最佳条件;根据反应器具有最大容积效率的观点,数值模拟了冷璧和热壁反应器中的流动与传热,优化设计了反应器的结构参数及工艺参数,确定了热壁反应器具有最大容积效率时的最佳工艺参数:等离子体发生器比功率为1.323～1.467×10~7/kg,G_j/G_p=0.6～0.8;通过实验研究了纳米硬质合金粉末的制备规律,研究了乙炔气流量、氢气流量及等离子体发生器工作电流对粉末中WC含量的影响;得到了理想的制备工艺参数,制备出了主相为WC-Co,Co含量为11%,平均粒度为40nm,形状为球型的纳米硬质合金粉末;研究了粉末的后处理工艺,研究表明由等离子体制备出的未碳化完全的纳米粉末,利用常规碳化方法,可以在较短的碳化时间和较低的碳化温度使之碳化完全,并且粉末仍是纳米级,得到平均粒度为80nm的WC-Co粉末;在2700-3100K氢等离子体热壁反应器中,利用乙炔为碳源CoWO_4为钨钴源,在高温条件下进行气相反应一步制备纳米碳化钨钴纳米粉末,实验证明此方案有广阔的应用前景,经文献检索,国内外尚没进行过这样的研究。本论文属于“八·五”国家“863”高技术项目“金属-非金属纳米复合材料”,已通过国家“863”高技术专家委员会的验收,并自动滚动到九·五。