六角氮化钨反应块转让专利
申请号 : CN201510914436.6
文献号 : CN105396512B
文献日 : 2017-09-15
发明人 : 吴泽玉 , 史艳红 , 连新兰
申请人 : 华北水利水电大学
摘要 :
本发明涉及超硬材料合成领域，具体为六角氮化钨反应块。本发明包括：高压加热器、气缸、铁砧、垫片、合成腔体；气缸、铁砧与高压加热器外壁连接，高压加热器中心位置设置有合成腔体，气缸、铁砧、合成腔体三者之间的空隙间设置有垫片,圆柱形反应块内部设置气缸、铁砧、合成腔体部件，配合高温高压环境，对氮化钨粉末进行烧结，得到六角氮化钨的合成晶体。安排原料粉在高压高温下进行，能够合成出六角氮化钨，其产品具有化学惰性，基本不与金属晶体反应，合作效率，合成成本小。
权利要求 :
1.六角氮化钨反应块，其特征在于，其包括，高压加热器（1），气缸（2），铁砧（3），垫片（4），合成腔体（5）;合成腔体（5）包括,第一阻热层（51），第二阻热层（52），外环（53），第三阻热层（54），内环（55），叶腊石缸（56），内填充腔（57），外填充腔（58），原料胶囊（59），原料粉（510），碳加热器（511）；
所述高压加热器（1）内部设置有气缸（2）、铁砧（3），所述气缸（2）、铁砧（3）成对设置，所述气缸（2）、铁砧（3）与高压加热器（1）外壁连接，所述高压加热器（1）中心位置设置有合成腔体（5），所述气缸（2）、铁砧（3）、合成腔体（5）三者之间的空隙间设置有垫片（4），所述叶腊石缸（56）上下两端都设置有第一阻热层（51）、第二阻热层（52）、第三阻热层（54），所述第二阻热层（52）两端设置有外环（53），所述第一阻热层（51）、第三阻热层（54）与叶腊石缸（56）内壁连接，所述外环（53）与叶腊石缸（56）内壁连接，所述第一阻热层（51）、第二阻热层（52）、第三阻热层（54）依次连接，所述叶腊石缸（56）内部设置有外填充腔（58），所述外填充腔（58）四个角的位置设置有内环（55），所述外填充腔（58）内部设置有碳加热器（511），所述碳加热器（511）与第三阻热层（54）连接，所述碳加热器（511）内部设置有内填充腔（57），所述内填充腔（57）内部设置有原料胶囊（59），所述原料胶囊（59）内部设置有原料粉（510）。
2.根据权利要求１所述的六角氮化钨反应块，其特征在于，所述高压加热器（1）的形状为圆柱体;所述合成腔体（5）的形状为长方体。
3.根据权利要求１所述的六角氮化钨反应块，其特征在于，所述内填充腔（57）、外填充腔（58）内的填充物为生理盐水和10%比重的氧化锆。
4.根据权利要求１所述的六角氮化钨反应块，其特征在于，所述碳加热器（511）可以提供的加热温度为1200-2600℃。
5.根据权利要求１所述的六角氮化钨反应块，其特征在于，所述原料粉（510）为氮化钨微粒，粒子直径为20微米至1微米。
说明书 :
六角氮化钨反应块
技术领域
[0001] 本发明涉及超硬材料合成领域，具体为六角氮化钨反应块。
背景技术
[0002] 超硬材料则是指硬度可与金刚石相比拟的材料。目前使用的超硬材料主要是立方氮化硼与金刚石，但是还有许多超硬材料正在研发中，如碳化硼，孪晶金刚石，碳化硅等III族和IV族间化合物。
[0003] 碳化钨是硬质合金家族的原料，纯的碳化钨不太常用，碳化钨形状为黑色六方晶体，有金属光泽，硬度与金刚石相近，为电、热的良好导体，熔点2870℃，沸点6000℃，相对密度15.63(18℃)。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。 在碳化钨中，碳原子嵌入钨金属晶格的间隙，并不破坏原有金属的晶格，形成间隙固溶体，因此也称填隙（或插入）化合物。碳化钨可由钨和碳的混合物高温加热制得，氢气或烃类的存在能加速反应的进行。若用钨的含氧化合物进行制备，产品最终必须在1500℃进行真空处理，以除去碳氧化合物。碳化钨适宜在高温下进行机械加工，可制作切削工具、窑炉的结构材料、喷气发动机、燃气轮机、喷嘴等。
[0004] 现在，碳化钨(WC)是相当出色的高硬度、耐热性、和化学稳定性被广泛使用作为一个自然的超硬材料用于磨削、切削工具(例如，一个钻头，铣刀，滚刀，一个普通车床插齿刀)，等等。
[0005] 然而，当碳化物复合材料，如碳纤维复合材料，被用于飞机身体等，即使使用了由碳化钨工具，工具的磨损成为近年来激烈，碳组件在水晶退化工具的磨损特性与铁反应时间切碳化钨铁系统的材料，由于碳组件和铁晶体容易反应，因此，需要一种新的替代碳化钨的高硬度材料。
[0006] 氮化钨W2N属于立方晶系，质地坚硬，棕色固体，六角氮化钨可以作为高硬度材料可以做为替代碳化钨的高硬度材料，并且具有更优越和特殊的功能。
[0007] 科技人员一直在进行高含氮量过渡金属氮化的研究，也从理论上计算预测了六角氮化钨可以作为高硬度材料来使用，用于替代碳化物与铁晶体结合，并研究了以六角氮化钨粉末为主要成分的六角氮化钨的合成方法，并能合成出一定量的六角氮化钨。通过这种方法，六角氮化钨单晶的合成粒子直径大约50微米。这种方法对合成条件要求极为严格，制造成本过高，难以批量生产，大范围应用，同时，合成粒子的直径较大。
发明内容
[0008] 针对上述问题，本发明的目的是提供六角氮化钨反应块，圆柱形反应块内部设置气缸、铁砧、合成腔体等部件，配合高温高压环境，对氮化钨粉末进行烧结，得到六角氮化钨的合成晶体。
[0009] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案
[0010] 六角氮化钨反应块，其包括，高压加热器1，气缸2，铁砧3，垫片4，合成腔体5；所述合成腔体5包括，第一阻热层51，第二阻热层52，外环53，第三阻热层54，内环55，叶腊石缸56，内填充腔57，外填充腔58，原料胶囊59，原料粉510，碳加热器511。
[0011] 所述高压加热器1内部设置有气缸2、铁砧3，所述气缸2、铁砧3成对设置，所述气缸2、铁砧3与高压加热器1外壁连接，所述高压加热器1中心位置设置有合成腔体5，所述气缸
2、铁砧3、合成腔体5三者之间的空隙间设置有垫片4，所述叶腊石缸56上下两端都设置有第一阻热层51、第二阻热层52、第三阻热层54，所述第二阻热层52两端设置有外环53，所述第一阻热层51、第三阻热层54与叶腊石缸56内壁连接，所述外环53与叶腊石缸56内壁连接，所述第一阻热层51、第二阻热层52、第三阻热层54依次连接，所述叶腊石缸56内部设置有外填充腔58，所述外填充腔58四个角的位置设置有内环55，所述外填充腔58内部设置有碳加热器511，所述碳加热器511与第三阻热层54连接，所述碳加热器511内部设置有内填充腔57，所述内填充腔57内部设置有原料胶囊59，所述原料胶囊59内部设置有原料粉510。
2、铁砧3、合成腔体5三者之间的空隙间设置有垫片4，所述叶腊石缸56上下两端都设置有第一阻热层51、第二阻热层52、第三阻热层54，所述第二阻热层52两端设置有外环53，所述第一阻热层51、第三阻热层54与叶腊石缸56内壁连接，所述外环53与叶腊石缸56内壁连接，所述第一阻热层51、第二阻热层52、第三阻热层54依次连接，所述叶腊石缸56内部设置有外填充腔58，所述外填充腔58四个角的位置设置有内环55，所述外填充腔58内部设置有碳加热器511，所述碳加热器511与第三阻热层54连接，所述碳加热器511内部设置有内填充腔57，所述内填充腔57内部设置有原料胶囊59，所述原料胶囊59内部设置有原料粉510。
[0012] 所述高压加热器1的形状为圆柱体。
[0013] 所述合成腔体5的形状为长方体。
[0014] 所述内填充腔57、外填充腔58内的填充物为生理盐水和10%比重的氧化锆。
[0015] 所述碳加热器511可以提供的加热温度为1200-2600℃。
[0016] 所述原料粉510为氮化钨微粒，粒子直径为20微米至1微米。
[0017] 本发明的有益效果
[0018] 1、本发明在工作过程中，安排原料粉在高压高温下进行，能够合成出六角氮化钨。
[0019] 2、本发明制造出的氮化钨有更好的化学惰性，基本不与金属晶体反应。
[0020] 3、六角氮化钨的烧结块有更好的结构稳定性和耐磨损性。
[0021] 4、反应块提高了六角氮化钨的合作效率，降低了成本。
[0022] 5、因为超硬材料很难加工到所需的形状、大小，而本发明是烧结合成多晶体六角氮化钨晶体,在烧结时直接成形为所需的形状和尺寸。
附图说明
[0023] 图1为本发明反应块的结构示意图；
[0024] 图2为本发明合成腔体的结构示意图。
[0025] 其图中：1—高压加热器，2—气缸，3—铁砧，4—垫片，5—合成腔体；51—第一阻热层，52—第二阻热层，53—外环，54—第三阻热层，55—内环，56—叶腊石缸，57—内填充腔，58—外填充腔，59—原料胶囊，510—原料粉，511—碳加热器。
具体实施方式
[0026] 针对上述问题，本发明的目的是提供六角氮化钨反应块，圆柱形反应块内部设置气缸、铁砧、合成腔体等部件，配合高温高压环境，对氮化钨粉末进行烧结，得到六角氮化钨的合成晶体。
[0027] 六角氮化钨反应块，其包括，高压加热器1，气缸2，铁砧3，垫片4，合成腔体5；所述合成腔体5包括，第一阻热层51，第二阻热层52，外环53，第三阻热层54，内环55，叶腊石缸56，内填充腔57，外填充腔58，原料胶囊59，原料粉510，碳加热器511。
[0028] 所述高压加热器1内部设置有气缸2、铁砧3，所述气缸2、铁砧3成对设置，所述气缸2、铁砧3与高压加热器1外壁连接，所述高压加热器1中心位置设置有合成腔体5，所述气缸
2、铁砧3、合成腔体5三者之间的空隙间设置有垫片4，所述叶腊石缸56上下两端都设置有第一阻热层51、第二阻热层52、第三阻热层54，所述第二阻热层52两端设置有外环53，所述第一阻热层51、第三阻热层54与叶腊石缸56内壁连接，所述外环53与叶腊石缸56内壁连接，所述第一阻热层51、第二阻热层52、第三阻热层54依次连接，所述叶腊石缸56内部设置有外填充腔58，所述外填充腔58四个角的位置设置有内环55，所述外填充腔58内部设置有碳加热器511，所述碳加热器511与第三阻热层54连接，所述碳加热器511内部设置有内填充腔57，所述内填充腔57内部设置有原料胶囊59，所述原料胶囊59内部设置有原料粉510。
2、铁砧3、合成腔体5三者之间的空隙间设置有垫片4，所述叶腊石缸56上下两端都设置有第一阻热层51、第二阻热层52、第三阻热层54，所述第二阻热层52两端设置有外环53，所述第一阻热层51、第三阻热层54与叶腊石缸56内壁连接，所述外环53与叶腊石缸56内壁连接，所述第一阻热层51、第二阻热层52、第三阻热层54依次连接，所述叶腊石缸56内部设置有外填充腔58，所述外填充腔58四个角的位置设置有内环55，所述外填充腔58内部设置有碳加热器511，所述碳加热器511与第三阻热层54连接，所述碳加热器511内部设置有内填充腔57，所述内填充腔57内部设置有原料胶囊59，所述原料胶囊59内部设置有原料粉510。
[0029] 所述高压加热器1的形状为圆柱体。
[0030] 所述合成腔体5的形状为长方体。
[0031] 所述内填充腔57、外填充腔58内的填充物为生理盐水和10%比重的氧化锆。
[0032] 所述碳加热器511可以提供的加热温度为1200-2600℃。
[0033] 所述原料粉510为氮化钨微粒，粒子直径为10微米。
[0034] 下面结合附图及实施例，对本发明做进一步详细说明
[0035] 如图1、图2所示，所述高压加热器1内部设置有气缸2、铁砧3，所述气缸2、铁砧3成对设置，所述气缸2、铁砧3与高压加热器1外壁连接，所述高压加热器1中心位置设置有合成腔体5，所述气缸2、铁砧3、合成腔体5三者之间的空隙间设置有垫片4，所述叶腊石缸56上下两端都设置有第一阻热层51、第二阻热层52、第三阻热层54，所述第二阻热层52两端设置有外环53，所述第一阻热层51、第三阻热层54与叶腊石缸56内壁连接，所述外环53与叶腊石缸56内壁连接，所述第一阻热层51、第二阻热层52、第三阻热层54依次连接，所述叶腊石缸56内部设置有外填充腔58，所述外填充腔58四个角的位置设置有内环55，所述外填充腔58内部设置有碳加热器511，所述碳加热器511与第三阻热层54连接，所述碳加热器511内部设置有内填充腔57，所述内填充腔57内部设置有原料胶囊59，所述原料胶囊59内部设置有原料粉510。
[0036] 所述高压加热器1的形状为圆柱体，所述合成腔体5的形状为长方体。
[0037] 所述内填充腔57、外填充腔58内的填充物为生理盐水和10%比重的氧化锆。
[0038] 所述碳加热器511可以提供的加热温度为1200-2600℃，合成腔体的反应温度不能低于1200℃，不同的温度和压力条件，六角氮化钨的烧结程度也不同。
[0039] 所述原料粉510为氮化钨微粒，粒子直径为20微米或者更小，粒子直径越小，同等条件下得到的六角氮化钨烧结程度越高。
[0040] 最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。