碳化钨

碳化钨（Tungsten Carbide）是一种由钨和碳组成的化合物，为黑色六方晶体，有金属光泽，硬度与金刚石相近，为电、热的良好导体。碳化钨不溶于水、盐酸和硫酸，易溶于硝酸－氢氟酸的混合酸中。纯的碳化钨易碎，若掺入少量钛、钴等金属，就能减少脆性。用作钢材切割工具的碳化钨，常加入碳化钛、碳化钽或它们的混合物，以提高抗爆能力。碳化钨的化学性质稳定，主要应用于硬质合金生产材料，大量用作高速切削车刀、窑炉结构材料、喷气发动机部件、金属陶瓷材料、电阻发热元件等制得。

发展简史

从1893年以来，德国科学家就利用三氧化钨和糖在电炉中一起加热到高温的方法制取出碳化钨，并试图利用其高熔点、高硬度等特性来制取拉丝模等，以便取代金刚石材料。但由于碳化钨脆性大，易开裂和韧性低等原因，一直未能得到工业应用。进入二十世纪二十年代，德国科学家Karl Schroter研究发现纯碳化钨不能适应拉拔过程中所形成的激烈的应力变化，只有把低熔点金属加入WC中才能在不降低硬度的条件下，使毛坯具有一定的韧性。Schroter于1923年首先提出了用粉末冶金的方法，即将碳化钨与少量的铁族金属（铁、镍、钴）混合，然后压制成型并在高于1300℃温度下于氢气中烧结来生产硬度合金的专利。

生产方法

以金属钨和碳为原料，将平均粒径为3～5μm的钨粉与等物质的量的碳黑用球磨机干混，充分混合后，加压成型后放入石墨盘，再在石墨电阻炉或感应电炉中加热至1400～1700℃，最好控制在1550～1650℃。在氢气流中，最初生成WC，继续在高温下反应生成WC。或者首先将六羰基钨在650～1000℃、CO气氛中热分解制得钨粉，然后与一氧化碳于1150℃反应得到WC，温度高于该温度可生成WC。

化学反应式：

2W+C=WC

W+C=WC

将三氧化钨WO加氢还原制得钨粉（平均粒度3～5μm）。再把钨粉与炭黑按等摩尔比的混合物（用球磨机干混约10h），在1t/cm左右的压力下加压成型。将该加压成型料块放进石墨盘或坩埚内，用石墨电阻炉或感应电炉在氢气流中（使用露点为-35℃的纯氢）加热至1400～1700℃（最好是1550～1650℃），使之渗碳则生成WC。反应从钨粒周围开始进行，因为在反应初期生成WC，由于反应不完全（主要是反应温度低）除WC之外尚残存有未反应的W及中间产物WC。所以必须加热到上述高温。应该根据原料钨的粒度大小来确定最高温度。如平均粒度为150μm 左右的粗粒，则在1550～1650℃的高温下进行反应。

化学反应式：

WO + 3H → W + 3HO

2WO + 3C → 2W + 3CO

2W+C=WC

W+C=WC

硬质合金对碳化钨WC粒度的要求，根据不同用途的硬质合金，采用不同粒度的碳化钨；硬质合金切削刀具，比如切脚机刀片V-CUT刀等，精加工合金采用超细亚细细颗粒碳化钨；粗加工合金采用中颗粒碳化钨；重力切削和重型切削的合金采用中粗颗粒碳化钨做原料；矿山工具岩石硬度高冲击负荷大采用粗颗粒碳化钨；岩石冲击小冲击负荷小，采用中颗粒碳化钨做原料耐磨零件；当强调其耐磨性抗压和表面光洁度时，采用超细亚细细中颗粒碳化钨做原料；耐冲击工具采用中粗颗粒碳化钨原料为主。

碳化钨理论含碳量为6.128%（原子50%），当碳化钨含碳量大于理论含碳量则碳化钨中出现游离碳（WC+C），游离碳的存在烧结时使其周围的碳化钨晶粒长大，致使硬质合金晶粒不均匀；碳化钨一般要求化合碳高（≥6.07%）游离碳（≤0.05%），总碳则决定于硬质合金的生产工艺和使用范围。

正常情况下石蜡工艺真空烧结用碳化钨总碳主要决定于烧结前压块内的化合氧含量含一份氧要增加0.75份碳即WC总碳=6.13%+含氧量%×0.75（假设烧结炉内为中性气氛实际上多数真空炉为渗碳气氛所用碳化钨总碳小于计算值）。

中国碳化钨的总碳含量大致分为三种石蜡工艺真空烧结用碳化钨的总碳约为6.18±0.03%（游离碳将增大）石蜡工艺氢气烧结用碳化钨的总碳含量为6.13±0.03%橡胶工艺氢气烧结用碳化钨总碳=5.90±0.03%上述工艺有时交叉进行因此确定碳化钨总碳要根据具体情况。

不同使用范围、不同钴含量、不同晶粒度的合金所用WC总碳可做一些小的调整。低钴合金可选用总碳偏高的碳化钨，高钴合金则可选用总碳偏低的碳化钨。总之，硬质合金的具体使用需求不同对碳化钨粒度的要求也不同。

应用领域

大量用作高速切削车刀、窑炉结构材料、喷气发动机部件、金属陶瓷材料、电阻发热元件等制得。

用于制造切削工具、耐磨部件，铜、钴、铋等金属的熔炼坩埚，耐磨半导体薄膜。

用作超硬刀具材料、耐磨材料。它能与许多碳化物形成固溶体。WC-TiC-Co硬质合金刀具已获得广泛应用。它还能作为NbC-C 及TaC-C 三元体系碳化物的改性添加物，既可降低烧结温度，又能保持优良性能，可用作宇航材料。

采用钨酐（WO）与石墨在还原气氛中1400～1600℃高温下合成碳化钨（WC）粉末。再经热压烧结或热等静压烧结可制得致密陶瓷制品。

注意事项

健康危害：钨粉尘

能引起支气管周炎、细支气管周炎、闭锁性细支气管炎和萎缩性气肿。碳化钨会引起肺脏的淋巴组织细胞的增生性反应，并逐渐出现硬化。血管壁增厚并均匀化。工作中接触碳化钨粉尘的人员胃肠道功能紊乱，肾受到刺激，上呼吸道出现卡他性炎症。碳化钨的最高容许浓度为6mg/m。在美国可溶性钨化合物（按钨计）的最高容许浓度为1mg/m，不溶性钨化合物（按钨计）为5mg/m。

安全防护：使用符合要求的防毒口罩、防尘服、手套、眼镜。在生产的各个阶段都要防止粉尘泄露。工人要做就业前身体检查，每年要定期检查一次。上呼吸道出现明显症状时，要暂时调动工作，脱离与钨接触。出现肺硬化或者外呼吸功能失调时，要调离工作。

储存：应贮存在阴凉、干燥的库房中，运输中要注意包装容器完好，防雨淋和防日光曝晒。

包装储运：产品采用铁桶（塑料桶），内衬聚乙烯塑料袋封口包装，每袋净重不得超过50kg。外包装桶上应有“防潮”和“向上”等字样。产品应贮存在阴凉、干燥的库房中，运输中要注意包装容器完好，防雨淋和防日光曝晒。

安全术语：

Do not breathe dust.

切勿吸入粉尘。

Avoid contact with skin and eyes.

避免与皮肤和眼睛接触。