DOC《熔盐电解法制备钨铜合金粉》

2、WO3在800 ℃的理论分解电压等参数,结果如表1所示. 表1电解体系相关参数的理论值 Table

1 Theoretical value of parameter in electrolysis system 物质 化学反应 吉布斯自由能ΔG0/(J・mol-1) 理论分解压(800 ℃)E0/V 熔点与沸点区间/℃ 密度/(g・cm-3) NaCl Na(s)+0.5Cl2(g)= NaCl(s) -311 714.43 3.23 801~1

442 2.165 KCl K(g)+0.5Cl2(g)=KCl(s) -331 856.81 3.44 771~1

413 1.988 CuO Cu(s)+0.5O2(g)=CuO(s) -60 679.45 0.31

1 232~1

800 6.400 WO2 W(s)+O2(g)=WO2(s) -396 815.68 1.02

1 500~1

730 10.820 WO3 W(s)+1.5O2(g)=WO3(s) -570 153.61 0.98

1 473~1

750 7.160 表1中的E0和ΔG0均由下式求得: ΔG0=nF E0 (1) ΔGΘ=A+BT (2) 式中,n为反应的电子转移数,F为法拉第常数,A和B来自文献[8]. 若外加电压超过3.44 V,则KCl与NaCl熔盐不仅作为支持电解质,而且还会被电解,发生如下电极反应: 阴极:(K+,Na-)+3e→K,Na (3) 阳极:2Cl-+2e→Cl2 (4) 试验的反应环境对水分敏感,如有水就会生成具有氧化性的HClO和腐蚀性的HCl,对设备和环境造成较严重的损害,而且还会增加电解时的电耗[9]. 结合表1中的理论分解压,试验结果表明,如果选择高于NaCl且低于KCl的电压区间(2.5~3.24 V)进行电解时,会让KCl与NaCl熔盐保持电化学稳定,而且可以避免腐蚀性气体的生成.因此,我们选择电解温度为750 ℃,电解电压为2.5~3.24 V. 2.3 NaCl-KCl-Na2WO4-CuO体系阴极电解产物的表征 NaCl-KCl-Na2WO4-CuO体系阴极电解终产物的XRD谱如图2所示,从图2可以看出,产物中主要的物相为铜和钨两种,结合能谱测试结果,可以认定该物质为钨铜粉末. 图2 电解阴极产物XRD谱Fig.2 XRD pattern of electrolytic cathode product 图3为不同倍数下的电解产物的SEM形貌. 图3电解阴极产物的SEM形貌 Fig.3 SEM microstructure of electrolysis cathode product 从图3D我们可以清楚地看到有钨颗粒,但大部分的钨颗粒是团聚在一起,这是由于测试时分散剂没有很好的把钨粉分散开来,所以做SEM测试时选择分散剂非常重要,会直接影响到观察结果.图3D还可以清晰地看到比较大颗粒的铜颗粒,铜颗粒分散得比较好,基本没有团聚现象.但本试验主要制备的是钨铜粉末,从图3A、3B可以直观地看到很多比铜小很多的钨颗粒附着在较大颗粒的铜上面,而且铜被钨包裹得很严密.通过对钨铜粉末粒度的检测,得出钨铜粉末的平均粒度为0.90 μm. 工业上制造钨铜合金通常是采用粒径不大于1.0 μm的纳米铜粉和粒径不大于0.8 μm的纳米钨粉在行星球磨机中进行球磨,球磨后在充氩气保护下取粉并干燥,干燥粉末压片后进行真空烧结[10],所以本试验得到的钨铜粉末基本可以达到工业烧结的要求.

3 结论 在NaCl和KCl各占总反应物质量的42%,CuO占6%,Na2WO4占10%的NaCl-KCl-Na2WO4-CuO体系中,在温度780~800 ℃,阴极电流密度106~133 mA/cm2,电解时间3~4 h,电压2.2~3.2 V的条件下,可以得到钨粉和铜粉以及大量的钨包铜的粉末,其中钨占总质量的81.48%,铜占总质量的18.49%,钨铜粉的平均粒度0.91 μm,基本达到了工业上制备钨铜合金的要求. 参考文献 [1] German R M,Hens K E,Johnson J L. Powder Metallurgy Processing of Thermal Management Materials For Micro-electronic Applications[J]. Inter. J. of Powder Meta........