碳化鎢（Tungsten Carbide）是一種由鎢和碳組成的化合物，為黑色六方晶體，有金屬光澤，硬度與金剛石相近，為電、熱的良好導(dǎo)體。碳化鎢不溶于水、鹽酸和硫酸，易溶于硝酸－氫氟酸的混合酸中。純的碳化鎢易碎，若摻入少量鈦、鈷等金屬，就能減少脆性。用作鋼材切割工具的碳化鎢，常加入碳化鈦、碳化鉭或它們的混合物，以提高抗爆能力。碳化鎢的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，主要應(yīng)用于硬質(zhì)合金生產(chǎn)材料，大量用作高速切削車刀、窯爐結(jié)構(gòu)材料、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)部件、金屬陶瓷材料、電阻發(fā)熱元件等制得。

發(fā)展簡(jiǎn)史

從1893年以來(lái)，德國(guó)科學(xué)家就利用三氧化鎢和糖在電爐中一起加熱到高溫的方法制取出碳化鎢，并試圖利用其高熔點(diǎn)、高硬度等特性來(lái)制取拉絲模等，以便取代金剛石材料。但由于碳化鎢脆性大，易開(kāi)裂和韌性低等原因，一直未能得到工業(yè)應(yīng)用。進(jìn)入二十世紀(jì)二十年代，德國(guó)科學(xué)家Karl Schroter研究發(fā)現(xiàn)純碳化鎢不能適應(yīng)拉拔過(guò)程中所形成的激烈的應(yīng)力變化，只有把低熔點(diǎn)金屬加入WC中才能在不降低硬度的條件下，使毛坯具有一定的韌性。Schroter于1923年首先提出了用粉末冶金的方法，即將碳化鎢與少量的鐵族金屬（鐵、鎳、鈷）混合，然后壓制成型并在高于1300℃溫度下于氫氣中燒結(jié)來(lái)生產(chǎn)硬度合金的專利。

生產(chǎn)方法

以金屬鎢和碳為原料，將平均粒徑為3～5μm的鎢粉與等物質(zhì)的量的碳黑用球磨機(jī)干混，充分混合后，加壓成型后放入石墨盤，再在石墨電阻爐或感應(yīng)電爐中加熱至1400～1700℃，最好控制在1550～1650℃。在氫氣流中，最初生成WC，繼續(xù)在高溫下反應(yīng)生成WC?；蛘呤紫葘⒘驶u在650～1000℃、CO氣氛中熱分解制得鎢粉，然后與一氧化碳于1150℃反應(yīng)得到WC，溫度高于該溫度可生成WC。

化學(xué)反應(yīng)式：

2W+C=WC

W+C=WC

將三氧化鎢WO加氫還原制得鎢粉（平均粒度3～5μm）。再把鎢粉與炭黑按等摩爾比的混合物（用球磨機(jī)干混約10h），在1t/cm左右的壓力下加壓成型。將該加壓成型料塊放進(jìn)石墨盤或坩堝內(nèi)，用石墨電阻爐或感應(yīng)電爐在氫氣流中（使用露點(diǎn)為-35℃的純氫）加熱至1400～1700℃（最好是1550～1650℃），使之滲碳則生成WC。反應(yīng)從鎢粒周圍開(kāi)始進(jìn)行，因?yàn)樵诜磻?yīng)初期生成WC，由于反應(yīng)不完全（主要是反應(yīng)溫度低）除WC之外尚殘存有未反應(yīng)的W及中間產(chǎn)物WC。所以必須加熱到上述高溫。應(yīng)該根據(jù)原料鎢的粒度大小來(lái)確定最高溫度。如平均粒度為150μm 左右的粗粒，則在1550～1650℃的高溫下進(jìn)行反應(yīng)。

化學(xué)反應(yīng)式：

WO + 3H → W + 3HO

2WO + 3C → 2W + 3CO

2W+C=WC

W+C=WC

硬質(zhì)合金對(duì)碳化鎢WC粒度的要求，根據(jù)不同用途的硬質(zhì)合金，采用不同粒度的碳化鎢；硬質(zhì)合金切削刀具，比如切腳機(jī)刀片V-CUT刀等，精加工合金采用超細(xì)亞細(xì)細(xì)顆粒碳化鎢；粗加工合金采用中顆粒碳化鎢；重力切削和重型切削的合金采用中粗顆粒碳化鎢做原料；礦山工具巖石硬度高沖擊負(fù)荷大采用粗顆粒碳化鎢；巖石沖擊小沖擊負(fù)荷小，采用中顆粒碳化鎢做原料耐磨零件；當(dāng)強(qiáng)調(diào)其耐磨性抗壓和表面光潔度時(shí)，采用超細(xì)亞細(xì)細(xì)中顆粒碳化鎢做原料；耐沖擊工具采用中粗顆粒碳化鎢原料為主。

碳化鎢理論含碳量為6.128%（原子50%），當(dāng)碳化鎢含碳量大于理論含碳量則碳化鎢中出現(xiàn)游離碳（WC+C），游離碳的存在燒結(jié)時(shí)使其周圍的碳化鎢晶粒長(zhǎng)大，致使硬質(zhì)合金晶粒不均勻；碳化鎢一般要求化合碳高（≥6.07%）游離碳（≤0.05%），總碳則決定于硬質(zhì)合金的生產(chǎn)工藝和使用范圍。

正常情況下石蠟工藝真空燒結(jié)用碳化鎢總碳主要決定于燒結(jié)前壓塊內(nèi)的化合氧含量含一份氧要增加0.75份碳即WC總碳=6.13%+含氧量%×0.75（假設(shè)燒結(jié)爐內(nèi)為中性氣氛實(shí)際上多數(shù)真空爐為滲碳?xì)夥账锰蓟u總碳小于計(jì)算值）。

中國(guó)碳化鎢的總碳含量大致分為三種石蠟工藝真空燒結(jié)用碳化鎢的總碳約為6.18±0.03%（游離碳將增大）石蠟工藝氫氣燒結(jié)用碳化鎢的總碳含量為6.13±0.03%橡膠工藝氫氣燒結(jié)用碳化鎢總碳=5.90±0.03%上述工藝有時(shí)交叉進(jìn)行因此確定碳化鎢總碳要根據(jù)具體情況。

不同使用范圍、不同鈷含量、不同晶粒度的合金所用WC總碳可做一些小的調(diào)整。低鈷合金可選用總碳偏高的碳化鎢，高鈷合金則可選用總碳偏低的碳化鎢?？傊?，硬質(zhì)合金的具體使用需求不同對(duì)碳化鎢粒度的要求也不同。

應(yīng)用領(lǐng)域

大量用作高速切削車刀、窯爐結(jié)構(gòu)材料、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)部件、金屬陶瓷材料、電阻發(fā)熱元件等制得。

用于制造切削工具、耐磨部件，銅、鈷、鉍等金屬的熔煉坩堝，耐磨半導(dǎo)體薄膜。

用作超硬刀具材料、耐磨材料。它能與許多碳化物形成固溶體。WC-TiC-Co硬質(zhì)合金刀具已獲得廣泛應(yīng)用。它還能作為NbC-C 及TaC-C 三元體系碳化物的改性添加物，既可降低燒結(jié)溫度，又能保持優(yōu)良性能，可用作宇航材料。

采用鎢酐（WO）與石墨在還原氣氛中1400～1600℃高溫下合成碳化鎢（WC）粉末。再經(jīng)熱壓燒結(jié)或熱等靜壓燒結(jié)可制得致密陶瓷制品。

注意事項(xiàng)

健康危害：鎢粉塵

能引起支氣管周炎、細(xì)支氣管周炎、閉鎖性細(xì)支氣管炎和萎縮性氣腫。碳化鎢會(huì)引起肺臟的淋巴組織細(xì)胞的增生性反應(yīng)，并逐漸出現(xiàn)硬化。血管壁增厚并均勻化。工作中接觸碳化鎢粉塵的人員胃腸道功能紊亂，腎受到刺激，上呼吸道出現(xiàn)卡他性炎癥。碳化鎢的最高容許濃度為6mg/m。在美國(guó)可溶性鎢化合物（按鎢計(jì)）的最高容許濃度為1mg/m，不溶性鎢化合物（按鎢計(jì)）為5mg/m。

安全防護(hù)：使用符合要求的防毒口罩、防塵服、手套、眼鏡。在生產(chǎn)的各個(gè)階段都要防止粉塵泄露。工人要做就業(yè)前身體檢查，每年要定期檢查一次。上呼吸道出現(xiàn)明顯癥狀時(shí)，要暫時(shí)調(diào)動(dòng)工作，脫離與鎢接觸。出現(xiàn)肺硬化或者外呼吸功能失調(diào)時(shí)，要調(diào)離工作。

儲(chǔ)存：應(yīng)貯存在陰涼、干燥的庫(kù)房中，運(yùn)輸中要注意包裝容器完好，防雨淋和防日光曝曬。

包裝儲(chǔ)運(yùn)：產(chǎn)品采用鐵桶（塑料桶），內(nèi)襯聚乙烯塑料袋封口包裝，每袋凈重不得超過(guò)50kg。外包裝桶上應(yīng)有“防潮”和“向上”等字樣。產(chǎn)品應(yīng)貯存在陰涼、干燥的庫(kù)房中，運(yùn)輸中要注意包裝容器完好，防雨淋和防日光曝曬。

安全術(shù)語(yǔ)：

Do not breathe dust.

切勿吸入粉塵。

Avoid contact with skin and eyes.

避免與皮膚和眼睛接觸。