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·576·                             精细化工   FINE CHEMICALS                                  第 36 卷

            金的硬度和强度之间存在如下矛盾：硬度高而强度                             公司；NOVA-Touch-LX4 型比表面积测试仪（BET），
                                    [3]
            不够；强度高而硬度不够 。研究表明，纳米硬质                             美国康塔仪器公司；CMT4504 型电子多功能试验
            合金可在一定程度上解决合金的硬度与强度之间的                             机，中国解放军六九一三厂；HR-150 型洛氏硬度计，
            矛盾   [4-5] 。迄今，抑制碳化钨（WC）晶粒长大的有                     上海材料试验机厂；MMW-1 型立式万能摩擦磨损
            效途径之一是通过在硬质合金粉末中添加晶粒长大                             试验机，济南普业机电技术公司。
                   [6]
            抑制剂 ，其中，VC 和 Cr 3 C 2 被认为是抑制 WC 晶                  1.2    步骤
            粒长大的最有效抑制剂           [7-8] 。另外，VC 和 Cr 3 C 2 粉         以微米级 V 2 O 5 、Cr 2 O 3 和纳米碳黑为原料，将
            末在超硬材料陶瓷磨具中也具有潜在应用价值。                              原料按 32.5%（质量分数）V 2 O 5 、32.5%（质量分数）
                 制备 VC 和 Cr 3 C 2 粉末的最普遍和传统的方法                 Cr 2 O 3 和 35%（质量分数）纳米碳黑进行配比。将称
            是碳热还原法，它具有工艺简单和重复性好等优点，                            量后的物料置于行星式球磨机中球磨，同时加入
            但是，合成所需要的温度较高（1500~1600  ℃），能                      50 mL 无水乙醇作为液体球磨介质，球料质量比为
            源消耗大，反应时间长（>4 h），在高温下晶粒长大                          10∶1，转速为 300  r/min，球磨时间为 48  h。在球
            明显，合成的粉末粒度大于 4 μm，不能满足现代工                          磨过程中，每 8 h 取一次料，并干燥（在 60  ℃干燥
                                 [9]
            业对碳化物粉末的需求 。随着工业发展和市场需                             箱中干燥 24 h）和检测（采用 XRD、SEM 等对其进
            求，研究出多种合成碳化物粉末的方法，如喷雾干                             行物相及颗粒尺寸、形貌和分散情况的检测）。最
            燥法  [10] 、化学气相合成法      [11] 、共沉淀法   [12] 、原位渗      后，将干燥后的物料置于微波实验炉中进行微波加
            碳还原法     [13] 、程序升温法   [14] 等。然而，由于这些方             热，先抽真空，再通氩气作为保护气体，加热温度
            法具有工艺流程复杂、还原气氛难以控制、工艺时                             为 800~1100  ℃，保温时间为 1 h，最终合成分散性
            间长和成本高等缺点，难以用于工业化生产。                               良好的纳米 VC/Cr 3 C 2 复合粉末。
                 机械合金化（MA）被认为是制备包括固溶体、                         1.3    结构表征与性能测试
            金属间化合物和纳米结构材料等非常有效的方法                     [15] 。       采用 TG-DSC 检测球磨 48 h 后混合料在加热过
            微波加热因具有升温速度快、加热时间短和可改善                             程中的质量变化及可能发生的吸放热反应，氩气保
            材料性能等重要特点          [16-18]   ，被广泛应用于粉末冶金           护，从室温加热到 1200  ℃，加热速率为 10  ℃/min。
            领域，该加热工艺反应温度低、保温时间短、所得                             采用 SEM 分析高能球磨后混合料（主要组成为氧化
            材料性能优异        [19-20] 。另外，机械合金化可以增加                物和碳黑）和微波加热后复合粉末（主要组成为 VC、
            V 2 O 5 和 Cr 2 O 3 粉末的表面活性和表面活化能，从而                Cr 3 C 2 ）的颗粒尺寸、形貌以及分散情况，其中，扫
            降低反应温度。因此，本文将机械合金化                    [21-22] 及微   描电镜加速电压为 0.2~30 kV，连续可调，点分辨率
            波辅助加热法进行结合，在较低反应温度和较短保                             为 1~3  nm。采用 XRD 对高能球磨后的混合料和微
            温时间下，制备了颗粒呈球形或类球形，分散性良                             波加热后的复合粉末进行物相分析，设备参数：Cu
            好的纳米 VC/Cr 3 C 2 复合粉末。另外，将合成的纳米                    靶，K α 为辐射源，管内电压 40 kV，管内电流 100 mA，
            VC/Cr 3 C 2 复合粉末应用于陶瓷结合剂 cBN 磨具中，                  扫描角度为 15~85，扫描速度为 8()/min。采用
            并考察了该复合粉末对磨具的力学性能和磨削性能                             XPS 检测高能球磨后混合料的表面元素组成及其化
            的影响。                                               学结合状态，实验所用设备的 X 射线源为 Mg 靶，

                                                               辐射源为 K α （hν=1253.6  eV），且设备的靶功率为
            1    实验部分
                                                               144  kV。成分分析采用固定通过能模式，数值是
            1.1    原料与仪器                                       167.90 eV，在价态分析中，通过能是 29.35 eV，同
                 微米 V 2 O 5 、微米 Cr 2 O 3 ，分析纯，天津市天大            时采用污染 C1s（E b =284.62 eV）作为荷电校正标准。
            化工实验厂；纳米碳黑（平均粒径 50 nm），化学纯，                        利用比表面积测试仪测定最佳条件下微波加热合成
            攀枝花市前进化工有限责任公司。                                    复合粉末（主要组成为 VC、Cr 3 C 2 ）的比表面积，
                 QM-3SP2 型行星式球磨机，南京莱布实业有限                      粉末首先在 200  ℃真空条件下脱气 3  h，然后对该
            公司；101-1A 型干燥箱，北京中兴伟业有限公司；                         粉末进行不同分压下的吸附-脱附检测，得到 N 2 吸
            RWS-3 型微波多功能高温实验炉，湖南省中晟热能                          附-脱附等温线，获得粉末的孔径、孔容和比表面积。
            科技有限公司；DSC200F3 型热重-差示扫描量热仪                        采 用电子多 功能试验 机，利用 三点弯曲 法
                                                                          2
            （TG-DSC），德国耐驰公司；JSM-5600LA 型扫描                     （σ=3FL/2bh ，其中 σ 为抗折强度，MPa；F 为试样
            电子显微镜（SEM），日本电子公司；D8ADVANCE                        条折断时的载荷，N；L 为跨度，mm；b 为试样宽
            型 X 射线衍射仪（XRD），德国 Bruker AXS 公司；                   度，mm；h 为试样厚度，mm）测定陶瓷结合剂 cBN
            XSAM800 型 X 射线光电子能谱仪（XPS），英国 Kratos                磨具（含质量分数为 35%的 cBN、质量分数为 35%
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