碳化鎢是由鎢的碳化而形成的化合物，是硬質(zhì)合金最主要的組分。碳化鎢的工業(yè)化生產(chǎn)方法是：將鎢粉與碳粉混合，然后在石墨管狀爐或感應(yīng)電爐中加熱至一定的溫度進(jìn)行化合反應(yīng)，即可得到碳化鎢粉末。

     (1)鎢粉的生產(chǎn)  工業(yè)上鎢粉是采用氧化鎢還原法生產(chǎn)的，其還原的主要原料是三氧化物(Wo3)，還原劑一般采用氫氣。用氫還原的反應(yīng)為：

     WO?+3H?=W+3H?O

     鎢有四種穩(wěn)定的氧化鎢，即WO?、WO_2.9、WO_2.72和WO_2.0，實(shí)際的還原可分為四個(gè)階段：

     WO?+0.1H?=WO2.9+0.1H?O

     WO_2.9+0.18H₂=WO_2.72+0.18H₂O

     WO_2.72+0.72H₂=WOz+0.72H₂O

     WO₂+2H₂=W+2H₂O

     鎢粉的生產(chǎn)可以由wo3直接還原成鎢粉，也可以分階段進(jìn)行，取決于所要求的粉末粒度。鎢粉粒度分為粗顆粒、中顆粒和細(xì)顆粒，其大小的劃分并沒(méi)有統(tǒng)一的定義，一般的概念是1.5μm以下為細(xì)顆粒，1.5～3.5μm是中顆粒，3.5μm以上則為粗顆粒。根據(jù)研究還原鎢粉的粒度除了與還原溫度、氫氣流量和氧化鎢本身粒度有關(guān)之外，還與還原的階段性有關(guān)。上述四PH n個(gè)階段的還原特點(diǎn)是還原反應(yīng)的平衡常數(shù)，即Kp=ph20/ph2二坐隨氧化鎢化合價(jià)降低而降低，說(shuō)明低價(jià)氧化鎢比高價(jià)氧化鎢更難還原，還原反應(yīng)對(duì)氫分壓的要求更高。因此生產(chǎn)中如果采用兩個(gè)階段，即先將WO?還原成WO?，然后再將W02還原成w粉。這樣可以分別調(diào)整各個(gè)階段的氫氣流量，即加大第二階段的氫氣流量，促進(jìn)還原反應(yīng)的進(jìn)行，兩階段還原的優(yōu)點(diǎn)還在于降低WO?還原階段的揮發(fā)性長(zhǎng)大，因?yàn)閃O?易揮發(fā)，在還原中會(huì)發(fā)生沉積長(zhǎng)大，如采用兩階段還原，在第一階段降低還原的溫度，可降低WO?的揮發(fā)性，并且只還原到WO?，可縮短還原的行程，及時(shí)將還原產(chǎn)物H2O排除，進(jìn)一步降低揮發(fā)長(zhǎng)大的趨勢(shì)和加速還原反應(yīng)的進(jìn)行。所以在鎢粉生產(chǎn)中多采用丙階段還原法生產(chǎn)中、細(xì)顆粒的鎢粉。

     (2)鎢粉的碳化反應(yīng)  鎢粉的碳化是將鎢粉與炭黑混合，然后在高溫下使其發(fā)生反應(yīng)，生成碳化鎢，其總反應(yīng)為：

     W+C=WC

     鎢粉的碳化有兩種工藝，一是向爐子中通入氫氣，在氫氣氣氛下進(jìn)行反應(yīng)，二是不通氫進(jìn)行碳化反應(yīng)。在通氫的條件下，實(shí)際發(fā)生的反應(yīng)為：

     C+2H?=CH4

     W+CH4=WC+2H?

     由上述反應(yīng)式可知，氫其實(shí)起著碳載體的作用，通氫碳化反應(yīng)并不消耗氫，但是由于碳?xì)湫纬傻募淄闅怏w具有很大的活性，所以碳化反應(yīng)活性增強(qiáng)，可提高碳化速度、降低反應(yīng)溫度和細(xì)化碳化鎢粉末粒度。

     在不通氫的條件下，當(dāng)爐溫升到400℃以上，炭黑會(huì)發(fā)生氣化反應(yīng)，結(jié)果鎢粉與炭黑的混合物將會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：

     C+O?=CO?

     2C+O=2CO

     W+2CO=WC+CO?

     CO?+C=2CO

     由反應(yīng)體系中發(fā)生的反應(yīng)可見(jiàn)，在不通氫的條件下，實(shí)際發(fā)生碳化反應(yīng)的是一氧化碳，而二氧化碳也只是起著載體的作用。

     (3)鎢粉碳化的影響因素  對(duì)碳化鎢粉有成分的要求和粉末粒度的要求。成分要求為總碳量和游離碳量，游離碳為未化合的殘余碳，而總碳為化合碳和游離碳的總量。在碳化生產(chǎn)中由于配碳量和碳化反應(yīng)徹底不徹底的原因，會(huì)影響到化合碳的含量。在一定的碳配比下，碳化越完全，化合碳含量越高，游離碳含量越少，另一方面，配碳多了，游離碳含量也增加。碳化反應(yīng)溫度越高反應(yīng)越徹底。碳化反應(yīng)的溫度根據(jù)粒度的要求而確定，細(xì)顆粒在1300℃左右，中顆粒在1350～1500℃之間，粗顆粒在1800℃左右。碳化反應(yīng)除了受反應(yīng)溫度和時(shí)間影響外，還受鎢碳粉末的粒度、混合均勻程度等影響，粉末粒度越細(xì)、混合越均勻，則反應(yīng)越完全。生產(chǎn)中往往采用球磨混合鎢碳粉末并壓成柱狀塊碳化，這樣更有利于碳化反應(yīng)。生產(chǎn)中游離碳一般控制在0.1%以下，總碳根據(jù)用戶(hù)的要求生產(chǎn)。

     影響碳化鎢粉末粒度的因素除了碳化溫度、時(shí)間之外，主要受原始鎢粉粒度的影響。鎢粉顆粒細(xì)易發(fā)生聚集再結(jié)晶長(zhǎng)大，粗顆粒鎢粉不易長(zhǎng)大，相反會(huì)細(xì)化。這是因?yàn)榇诸w粒鎢粉內(nèi)部的微孔和缺陷，將會(huì)導(dǎo)致碳化反應(yīng)形成的氣體膨脹和應(yīng)力作用而爆炸，使顆粒發(fā)生碎裂而細(xì)化。