Obrabotka Metallov 2011 No. 2

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 2 (51) 2011 60 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ УДК 66.017 ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОПОРОШКА КАРБИДА ВОЛЬФРАМА* В.А. БАТАЕВ, доктор техн. наук, профессор, Д. С. ТЕРЕНТЬЕВ, аспирант, А. А. НИКУЛИНА, канд. техн. наук, доцент, А. А. РАЗУМАКОВ, магистрант, (НГТУ, г. Новосибирск) Статья получена 10 мая 2011 года Терентьев Д.С. – 630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет, e-mail: Terentiev240485@mail.ru Разработана технология получения нанопорошка карбида вольфрама плазмохимическим методом. Средний размер полученных наночастиц составил 2…10 нм. Реализована многостадийная технология разделения продуктов плазмохи- мического синтеза в дисперсионных средах с разной плотностью, позволяющая получить нанопорошок карбида воль- фрама, практически свободный от посторонних примесей. Ключевые слова: карбид вольфрама, наночастицы, разделение. ____________________ * Работа выполнена при финансовой поддержке ФЦП «Научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009–2013 гг. ВВЕДЕНИЕ Использование нанопорошков карбидов туго- плавких металлов, имеющих размеры менее 100 нм, при производстве металлокерамических твердых сплавов может обеспечить улучшение эксплуатаци- онных свойств за счет изменения условий жидкофаз- ного спекания и наличия ультрадисперсных частиц упрочняющей фазы. На сегодняшний день существует несколько де- сятков методов получения нанокристаллических по- рошков [1]. Для синтеза тугоплавких соединений, к которым относится карбид вольфрама, реально ис- пользуется в промышленных объемах меньше полови- ны из известных технологий. Все существующие ме- тоды получения нанопорошков карбидов относятся к физико-химическим технологиям. Общая особенность наноразмерных частиц порошков, полученных любым методом, – склонность к объединению в агрегаты. Один из наиболее распространенных методов по- лучения высокодисперсных порошков – плазмохи- мический синтез. Для нагрева исходного материала в плазмохимических методах используются дуговые (электродные)ибезэлектродныеплазмотроны. Техно- логия получения наноразмерного порошка дуговым способом состоит в переводе вольфрама и углерода в атомарное состояние, обеспечивающее условия для их химического взаимодействия и конденсирования образовавшихся наноразмерных частиц. Такие усло- вия формирования наноразмерных частиц карбида вольфрама создаются в процессе электродугового испарения графитового пустотелого электрода, на- полненного мелкодисперсным порошком вольфрама или его карбида. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ Плазмохимический синтез наноразмерных ча- стиц карбида вольфрама был проведен в лабора- тории «Физикохимия наноматериалов» института неорганической химии (ИНХ СО РАН г. Новоси- бирска) на модернизированной установке электро- дугового испарения электродов. Установка (рис. 1) представляет собой герметичную водоохлаждаемую камеру объемом 150 л, которая позволяет варьиро- вать следующие параметры процесса: величину тока и напряжения, скорость подачи катода, зазор между электродами, давление и состав среды. Исходным сырьем для наполнения графитовых электродов служили следующие материалы: поро- шок карбида вольфрама (WC) марки СК со средним размеров частиц 8…13 мкм, вольфрам порошкоо- бразный и вольфрамовый ангидрид (WO 3 ). Массо- вый процент выхода наночастиц карбида вольфрама в продуктах испарения электродов напрямую зави- сит от исходных технологических условий проведе- ния синтеза. В таблице приведены режимы синтеза наноразмерных частиц карбида вольфрама. В качестве катода использовали графитовый стер- жень диаметром 40 мм и длиной 18 мм. Анод (испаря- емый электрод) представлял собой графитовый стер- жень длиной 180 мм и размерами сечения 13×13 мм,