سنتز كاربيد تنگستن از طريق آسياكاري و گرمايش مايكروويوي مخلوط اكسيد تنگستن، آلومينيوم و كربن

Tungsten carbide synthesis via milling and microwave heating of WO3-Al-C mixtures

كاربيد تنگستن (WC) به دليل خواص ويژه از جمله سختي، ديرگدازي و استحكام بالا، امروزه به عنوان ماده اي پر كاربرد در ساخت ابزار سايشي مطرح است. در اين پژوهش، بر اي سنتز تسريع شده ي كاربيد تنگستن ، از يك فرآيند دو مرحله اي شامل فرآوري مكانوشيميايي و گرمايش مايكروويوي استفاده شده است. مخلوط پودر اكسيد تنگستن (WO3) ، آلومينيوم و گرافيت به نسبت هاي 1:2:1 و 1:2:1/5 به مدت 2 و 3 ساعت در آسياي سياره اي مورد عمل قرار گرفت و محصول آسيا شده پس از پرس سرد به شكل قرص، به مدت 5 و 10 دقيقه تحت انرژي مايكروويو با توان 850 وات قرار داده شد. نتايج پراش پرتو ايكس (XRD) نمونه هاي آسيا شده نشان داد كه در مراحل اولي هي آسياكاري، اكسيد تنگستن در واكنش با آلومينيوم و كربن به W2C تبديل مي شود و با افزايش زمان آسياكاري، مقدار كمي WC نيز شكل مي گيرد. همچنين، با آناليز XRD نمونه ها پس از اعمال انرژ ي م ايكروويو مشخص شد كه واكنش تشكيل كاربيد تنگستن در جريان گرمايش مايكروويوي ادامه پيدا مي كند و با افزايش زمان گرمادهي نسبت WC:W2C افزايش م ييابد. همچنين، بالا بردن مقدار كربن در مخلوط او لي ه، مقدار WC تشكيل شده در آسيا و نيز مايكروويو را به مقدار چشمگيري افزايش مي دهد.

Unique properties of tungsten carbide (WC), such as excellent mechanical properties combined with high melting point, have made it an appropriate candidate for abrasives and tools. In the present study, a two-stage process including mechanochemical processing of WO3-Al-C mixtures followed by microwave heating was employed as a cost and energy efficient alternative for the synthesis of tungsten carbide. The mixtures were first treated for 2 or 3 hours in a planetary ball mill, and the pellets formed by cold pressing of the milled products were then heated in a conventional microwave oven with a power of 850 W for 5 or 10 minutes. X-ray diffraction (XRD) analysis on the milled samples showed that, at initial stages of milling, tungsten semi-carbide (W2C) was formed via reaction of tungsten oxide with aluminium and carbon, while with increasing the milling time, little amounts of tungsten carbide (WC) could be formed. With regards to the microwave-irradiated samples XRD analysis illustrated that tungsten carbide formation reaction continues with the aid of microwave heating and the ratio of WC:W2C could be improved by an increase in the duration of microwave heating. In addition, raising the initial amount of carbon in the mixture noticeably increases the amount of WC in the ballmilled product as well as after microwave heating.