Способ получения ультрадисперсного металлсодержащего порошка

Способ получения ультрадисперсного металлсодержащего порошка

Реферат

 

Использование: получение смазочных, конструкционных, магнитных материалов для медицины, сельского хозяйства, химической и электронной промышленности. Сущность изобретения: гидратированную соль обрабатывают щелочным раствором в 1,5-2 кратном избытке от стехиометрического. Осадок отделяют, промывают и сушат. Дополнительно обрабатывают раствором, по меньшей мере, одной соли, содержащей, по крайней мере, один металл, отличный от катиона металла осадка. Соли берут в количествах, обеспечивающих заданное содержание соответствующих легирующих компонентов в порошке в пересчете на металл или его оксид. Термообрабатывают в водороде или при 200-800°С, пассивируют азотом. Получают чистые ультрадисперсные порошки с размером частиц менее 0,1 мкм, содержащие примесей не более 0,003 мас. обеспечивается заданное содержание легирующего компонента, равномерно распределенного в матрице основного соединения. 2 з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано в сельском хозяйстве, медицине, при получении смазочных и конструкционных материалов, а также магнитов, магнитных жидкостей и тонеров для ксерокса.

Известен способ получения дисперсных металлических порошков, включающий химическое осаждение гидроксида металла из многокомпонентного раствора его азотнокислой соли, включая гидраты, фильтрацию, сушку и последующее селективное восстановление водородом [1] Недостатком известного способа является то, что продукт, полученный по этому способу, неизбежно содержит примеси, которые захватываются при осаждении. Кроме того, в качестве исходных соединений можно использовать только азотнокислые соли.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ, включающий обработку раствора хлорида кобальта раствором гидроксида натрия в стехиометрическом количестве, промывку полученного осадка водой, его сушку и восстановление в водороде [2] Недостатком известного способа является недостаточно большое содержание ультрадисперсных частиц в полученном порошке (порядка 61% с размером частиц 0,35 мкм), а также невозможность получения других металлов и их соединений с заданным содержанием легирующего компонента или компонентов.

Задачей изобретения является разработка способа, позволяющего получать ультрадисперсные металлсодержащие порошки не менее 90% которых имеют размеры, не превышающие 0,1 мкм, а также металлсодержащие соединения указанных размеров с заданным содержанием легирующего компонента или компонентов.

Это достигается тем, что в способе получения ультрадисперсного металлсодержащего порошка, включающем обработку растворимой соли металла щелочным раствором, отделение полученного осадка, его промывку, сушку и последующую термообработку в водороде, в качестве растворимой соли металла берут гидратированную соль в твердом состоянии, щелочной раствор используют в 1,5-2-кратном избытке от стехиометрического, а термообработку ведут при 200-800^оС с последующей пассивацией полученного продукта азотом.

Для получения заданного содержания легирующего компонента или компонентов в ультрадисперсном порошке промытый осадок перед сушкой обрабатывают раствором по крайней мере, одной соли, содержащей, по меньшей мере, один металл, отличный от катиона металла указанного осадка. Соли берут в количестве, обеспечивающем содержание соответствующих металлов в порошке в пересчете на металл или его оксид.

При этом расход водорода и азота устанавливают в зависимости от валентности металлов, количества остаточного кислорода и вида печи. На практике расход указанных газов обычно составляет 2,5-6 м³/моль.ч.

Взаимодействие твердой гидратированной соли с раствором щелочи способствует образованию во всем объеме порошка реакционных зон за счет депротонизации гидратной воды. Происходящее взаимодействие обеспечивает замещение ацидолигандов твердой соли гидроксильными группами за счет развивающегося в микрообъемах процесса, который приводит к образованию маловодного гидроксида, представляющего собой нестехиометрическое соединение, поддающееся фильтрации.

Взаимодействие раствора соли с раствором щелочи приводит к осаждению гидроксида металла в виде рыхлого коллоидного осадка с большим содержанием воды, почти не поддающегося фильтрации. При осаждении объемные коллоидные частицы захватывают из раствора ионы, загрязняя целевой продукт.

Избыток щелочи в 1,5-2 раза необходим для полного разрушения связей в решетке соли, а также для исключения образования растворимых основных солей. Избыток щелочного раствора менее, чем 1,5-кратный, приводит к недостаткам прототипа, описанным выше. Избыток более, чем 2-кратный, нецелесообразен из-за большого объема щелочного раствора, а также большого количества промывных вод.

Восстановление гидроксидов металлов ведут при 200-800^оС в зависимости от вида металла и заданного количества остаточного кислорода.

В силу того, что получаемые дисперсные порошки, обладающие большой активностью, и соответственно, реакционной способностью, на воздухе сгорают, их пассивируют инертным газом (азотом), который удерживается на поверхности частиц порошка силой адсорбции.

П р и м е р 1. 400 г СоСl₂2Н₂О всыпают в водный раствор, содержащий 285 г NаОН (избыток 1,5). Через 1 ч раствор отфильтровывают, твердую фазу промывают водой до нейтральной реакции промывных вод. Сушат на воздухе до пыления. Восстанавливают в водороде при 400^оС. Получают порошок кобальта, поверхность части которого пассивируют азотом. 95% фракции имеет размер части до 0,025 мкм. Примесей не обнаружено, Сl^- менее 0,01 мас. Выход 95% от теоретического.

П р и м е р 2. 200 г FeSО₄7Н₂О всыпают в 160 мл концентрированного раствора аммиака (избыток 1,5). Через 3 ч раствор отфильтровывают, осадок промывают водой до рН 5,5, после чего обрабатывают водным раствором, содержащим 10,5 г CuSО₄5Н₂О. Осадок сушат на воздухе до пыления, восстанавливают в водороде при 400^оС, пассивируют азотом. Полученный порошок содержит 99 мас. Fе и 1 мас. Cu. 95 мас. частиц порошка имеют размеры 0,02 мкм. Примесей Nа⁺ не обнаружено, Сl^- менее 0,002 мас. выход 90% от теоретического. Распределение меди в матрице железа равномерное.

В таблице представлены примеры осуществления способа для различных гидратированных солей и режимных параметров процесса, а также характеристики полученных металлсодержащих порошков.

Из представленных в таблице данных следует, что изобретение позволяет получать порошки металлов и металлсодержащих соединений, свободные от примесей, с заданным содержанием одного и более легирующих компонентов, не менее 90 мас. частиц которых имеют размеры менее 0,1 мкм.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УЛЬТРАДИСПЕРСНОГО МЕТАЛЛСОДЕРЖАЩЕГО ПОРОШКА, включающий обработку растворимой соли металла щелочным раствором, отделение полученного осадка, его промывку, сушку и последующую термообработку в водороде, отличающийся тем, что в качестве растворимой соли металла берут гидротированную соль в твердом состоянии, щелочной раствор используют в 1,5-2-кратном избытке от стехиометрического, а термообработку ведут при 200-800^oС с последующей пассивацией полученного продукта азотом.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что промытый осадок обрабатывают раствором по крайней мере одной соли, содержащей по меньшей мере один металл, отличный от катиона, металла указанного осадка.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что указанные соли берут в количестве, обеспечивающем заданное содержание соответствующих легирующих элементов в порошке в пересчете на металл или его оксид.

РИСУНКИ

Рисунок 1