專利名稱：一種在水溶液中用化學(xué)還原法制備納米鎳及其合金粉體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電化學(xué)方法制備粉體材料，特別是涉及鎳粉的制備。
背景技術(shù)：
由于鎳粉的用途很廣，其制備方法的研究受到國內(nèi)外的極大關(guān)注。化學(xué)方法是通過物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)生成物質(zhì)的基本粒子——分子、原子和離子等，經(jīng)過成核生長和凝并而成為超細粉末，它是一種制備鎳粉的有效途徑。
根據(jù)《化學(xué)冶金》1988，Vol.9，No.4，p20-26報道，中國科學(xué)院化工冶金研究所毛銘華等人采用純水與堿式碳酸鎳制成漿液，在溫度為140-200℃，氫氣壓力PH2＝15-40kg/cm2的條件下采用加壓氫氣作為還原劑制得鎳粉。用氯化鈀或蒽醌作催化劑加快反應(yīng)速度。采用此方法制得的鎳粉呈球形，粒度分布比較均勻，顆粒尺寸在0.1--5.0微米之間。該方法的缺點是需要在高溫、高壓下完成反應(yīng)，并且制備設(shè)備要求復(fù)雜。
又據(jù)〔日〕公開特許公報(A)，平5-51610報道，中川一兵等人采用肼或肼的化合物直接還原氫氧化鎳制取鎳粉。但由這種方法制得的鎳粉粒徑大，而且形狀不規(guī)則，團聚嚴重。
另據(jù)JP59-162206報道，日本林尚男，中村芳等人將硫酸鎳、氯化鎳等水溶液或Ni(OH)2懸浮液與氫化硼鈉和聯(lián)氨的混合液反應(yīng)，制備出鎳粉凝聚體，并用乙醇或丙酮處理，得到直徑在2μm以下，分散均勻，分散性好的高純度鎳粉。雖然可獲得顆粒尺寸均勻的鎳粉，但此法所用的還原劑氫化硼鈉價格昂貴，不易得到。
總之，化學(xué)還原法能采用不同形式的原料及反應(yīng)條件制得鎳粉。但也存在一些不足，如反應(yīng)條件要求高、制備設(shè)備復(fù)雜、制備原料昂貴、所制備的鎳粉顆粒尺寸大、形狀不規(guī)則、易于團聚等。所以，尋找一個合適的化學(xué)反應(yīng)，選擇相應(yīng)的反應(yīng)物料，使制備設(shè)備相對簡單、反應(yīng)條件較溫和。選擇有效的分散劑，以減少粉體顆粒的團聚，控制粉體的成核和晶核的生長速度。同時添加合適的催化劑以增大化學(xué)反應(yīng)速度。以上各點是采用化學(xué)還原法制備超細鎳粉的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對化學(xué)還原法制備納米鎳粉存在的問題，提出在水溶液中，采用化學(xué)還原法，將主鹽、還原劑、添加劑進行適當(dāng)組合，同時外加物理場制備納米鎳基合金粉，使制備方法不僅簡便，而且在獲得較高制備速度的同時，避免粉體的團聚和長大，以保證制備的納米鎳基合金粉的顆粒分布窄、粉體成分可控且成本較低。
(1)制備過程將含量為40-120g/L的主鹽、10-100g/L的還原劑、1-10mg/L的添加劑A、10-50g/L的添加劑B、20-60g/L的添加劑C進行組合，然后均勻混合；加熱至70-90℃；同時外加超聲場，功率60W；待物料反應(yīng)產(chǎn)生鎳粉后，用冷凝器將含鎳粉的物料冷卻至室溫；用高速離心機分離鎳粉和溶液；將鎳粉在保護氣氛下干燥。
(2)反應(yīng)物料組分主鹽本發(fā)明所用的主鹽可為硫酸鎳、氯化鎳、醋酸鎳中的任一種。
還原劑本發(fā)明所用還原劑有次亞磷酸鈉、硼氫化鈉、肼等。在納米鎳基合金粉體制備過程中，采用肼作為還原劑可制備純鎳納米粉。采用次亞磷酸鈉作為還原劑可制備出磷含量為4wt％--20wt％的鎳磷合金納米粉。采用硼氫化鈉作為還原劑可制備出硼含量成分為1wt％--10wt％的鎳硼合金納米粉。
添加劑包括添加劑A硝酸銀、氯化鈀、蒽醌。
添加劑B檸檬酸鈉、乙二胺、乳酸、蘋果酸。
添加劑C碳酸鈉、醋酸鈉、硼砂、氫氧化鈉。
配制時，可從每一類添加劑中任選一種。
本發(fā)明所闡述的納米鎳及其合金粉體的制備方法，將物理場的作用引入化學(xué)法制備納米粉體過程是一個顯著的特點。其優(yōu)點表現(xiàn)為以下幾方面1、由于本發(fā)明的納米粉體制備過程可在大氣、常溫下進行，無需真空及高壓設(shè)備，因而制備設(shè)備投資小、工藝簡單、制備成本低，容易實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
2、由于本發(fā)明的納米粉體制備過程主要應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)過程，所選還原劑價格低廉、容易獲得，所以粉體制備效率高，制備成本低。
3、由于本發(fā)明的納米粉體制備過程采用外加物理場，克服了化學(xué)法制備粉體時過程不易控制的缺點，在加速粉體制備速度的同時，控制粉體顆粒直徑在較窄范圍。
4、采用本發(fā)明的方法，通過反應(yīng)物料成分的調(diào)整能制備出純鎳粉、鎳磷合金粉及鎳硼合金粉。


圖1為納米鎳基粉體制備流程2為19萬倍納米鎳基粉透射電鏡照片圖3為納米鎳基合金粉的顆粒尺寸分布圖
具體實施例方式實施例1采用本發(fā)明的方法制備納米鎳粉制備步驟如下(a)將下列物料按配方混合。
硫酸鎳 90g/L氫氧化鈉 20g/L肼 2.5g/L硝酸銀 5mg/L檸檬酸鈉 15g/L(b)將混合均勻的物料加熱至80℃。
(c)在反應(yīng)釜中外加超聲場反應(yīng)，生成納米鎳粉。
(d)將反應(yīng)完全的物料冷卻至室溫。
(e)將物料中的納米鎳粉與溶液分離。
(f)將納米鎳粉在惰性氣體保護下干燥。
實施例2采用本發(fā)明的方法制備納米鎳磷合金粉制備步驟如下(a)將下列物料按配方混合。
硫酸鎳 75g/L次亞磷酸鈉 70g/L檸檬酸鈉 15g/L硝酸銀 1mg/L醋酸鈉 30.5g/L(b)將混合均勻的物料加熱至70℃。
(c)在反應(yīng)釜中外加超聲場反應(yīng)，生成納米鎳磷合金粉。
(d)將反應(yīng)完全的物料冷卻至室溫。
(e)將物料中的納米鎳磷合金粉與溶液分離。
(f)將納米鎳磷合金粉在惰性氣體保護下干燥。
采用上述實施例，設(shè)備投資小，工藝簡單，制備成本低，時間短，所獲得的納米鎳粉呈球形、且顆粒大小均勻，如圖2所示。從激光粒度儀的粒度分析可見，納米鎳粉的顆粒分布較窄，其平均尺寸為56nm，如圖3所示。
權(quán)利要求
1.一種在水溶液中用化學(xué)還原法制備納米鎳及其合金粉體的方法，其特征在于，將主鹽、還原劑、添加劑A、添加劑B、添加劑C進行組合，然后均勻混合，加熱至70～90℃，同時外加超聲場，待物料反應(yīng)產(chǎn)生鎳粉后，用冷凝器將含鎳粉的物料冷卻至室溫，用高速離心機分離鎳粉和溶液，將鎳粉在保護氣氛下干燥。
2.如權(quán)利要求1所述的在水溶液中用化學(xué)還原法制備納米鎳及其合金粉體的方法，其特征在于，主鹽為硫酸鎳、氯化鎳、醋酸鎳中的任一種，含量為40～120g/L。
3.如權(quán)利要求1所述的在水溶液中用化學(xué)還原法制備納米鎳及其合金粉體的方法，其特征在于，還原劑為次亞磷酸鈉、硼氫化鈉、肼中的一種，含量為10～100g/L。
4.如權(quán)利要求1所述的在水溶液中用化學(xué)還原法制備納米鎳及其合金粉體的方法，其特征在于，配制時，可從以下每一類添加劑中任選一種，添加劑A硝酸銀、氯化鈀、蒽醌，含量為1～10mg/L；添加劑B檸檬酸鈉、乙二胺、乳酸、蘋果酸，含量為10～50g/L；添加劑C碳酸鈉、醋酸鈉、硼砂、氫氧化鈉，含量為20～60g/L。
5.如權(quán)利要求1、3所述的在水溶液中用化學(xué)還原法制備納米鎳及其合金粉體的方法，其特征在于，采用肼作為還原劑制備純鎳納米粉，采用次亞磷酸鈉作為還原劑制備磷含量為4wt％---20wt％的鎳磷合金納米粉，采用硼氫化鈉作為還原劑制備硼含量成分為1wt％---10wt％的鎳硼合金納米粉。
全文摘要
一種在水溶液中用化學(xué)還原法制備納米鎳及其合金粉體的方法，涉及電化學(xué)方法制備粉體材料。本方法將含量為40～120g/L的主鹽、10～100g/L的還原劑、1～10mg/L的添加劑A、10～50g/L的添加劑B、20～60g/L的添加劑C均勻混合，加熱至70～90℃，外加超聲場，待物料反應(yīng)產(chǎn)生鎳粉后，用冷凝器將含鎳粉的物料冷卻至室溫，用高速離心機分離鎳粉和溶液，將鎳粉在保護氣氛下干燥。本發(fā)明不僅制備方法簡便，而且在獲得較高制備速度的同時，可以避免粉體的團聚和長大，保證制備的納米鎳基合金粉的顆粒分布窄、粉體成分可控且成本較低。
文檔編號B22F9/16GK1404950SQ0214867
公開日2003年3月26日 申請日期2002年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月15日
發(fā)明者孫冬柏, 俞宏英, 孟惠民, 李輝勤, 樊自拴, 王瑛, 咸才軍 申請人:北京科技大學(xué)