CN100431748C - 稀土元素钆的纳米颗粒及纳米晶块体材料的制备方法 - Google Patents
稀土元素钆的纳米颗粒及纳米晶块体材料的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN100431748C CN100431748C CNB2005100871130A CN200510087113A CN100431748C CN 100431748 C CN100431748 C CN 100431748C CN B2005100871130 A CNB2005100871130 A CN B2005100871130A CN 200510087113 A CN200510087113 A CN 200510087113A CN 100431748 C CN100431748 C CN 100431748C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gadolinium
- rare
- earth element
- nanometer
- grain
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 48
- UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N gadolinium atom Chemical compound [Gd] UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 48
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 title claims description 30
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 title claims description 22
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 title 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 31
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims abstract description 17
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 13
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 7
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 6
- 241001080061 Talides Species 0.000 claims description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract 1
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 8
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 2
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000003064 anti-oxidating effect Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000005347 demagnetization Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
- Hard Magnetic Materials (AREA)
Abstract
本发明属纳米材料制备领域。钆化学活性大，难制备成纳米颗粒；制备块体材料，需防氧化并不发生晶粒长大，难度更大。纳米颗粒制备方法：利用物理气相沉积技术，高纯钆作为阳极，钨作为阴极，在氦气气氛下，电弧电流100-300A，电弧电压10-50V，起弧时间0.5-2小时。纳米晶块体材料的制备方法：步骤1为上述纳米颗粒的制备方法；将上述的钆的纳米颗粒置入氩气体保护的预处理室，氧浓度低于0.5ppm，装入模具并预压成型，压力10-1000MPa；放电快速烧结，烧结工艺参数为：烧结温度200-400℃，保温时间0-10min，压力30-1000MPa，升温速率为30-50℃/min。本发明颗粒粒度均匀，粒径小于100纳米；晶块体材料致密度高，显微组织晶粒细小、均匀，晶粒度小于100纳米，磁热性能良好。
Description
技术领域
一种稀土元素钆的纳米颗粒及纳米晶块体材料的制备方法，属于纳米材料制备技术领域。
背景技术
近年来，磁致冷技术因其节能、环保的特征而倍受瞩目，有望替代现有的气体压缩制冷而成为新一代的室温制冷技术。因此，目前关于磁致冷技术的核心——磁致冷工质(材料)的研究与开发受到研究人员和工程技术人员的重视。研究发现，稀土元素钆在室温温区附近具有显著的磁热效应，即在磁化与退磁过程中有显著的吸、放热性能，因此成为首选的磁致冷工质。
与此同时，大量的理论研究发现：稀土元素钆的磁热性能具有明显的尺寸效应，其宏观外形尺寸(即颗粒)与构成块体的晶粒尺寸对其磁热性能存在显著影响。如果颗粒尺寸或者晶粒尺寸达到100纳米以下，即所谓纳米材料，则稀土钆元素的磁热性能很可能显著增强。遗憾的是，这种元素具有极大的化学活性，很难制备成为纳米颗粒。此外，要获得具有纳米晶的块体材料，则需要在有效防止氧化的同时，确保材料在制备成块体材料是不发生晶粒长大，因此具有更大的难度。采用目前一些常规的材料制备、加工技术很难解决这些难题。
发明内容
针对上述研究现状，本发明采用全部原位(即无氧条件下)的特种设备，将物理气相沉积技术和放电等离子烧结技术相结合，制备稀土元素钆的纳米颗粒及纳米晶块体材料，并对材料的磁热性能进行了测试。
本发明提供一种利用原位的物理气相沉积技术和放电等离子烧结技术制备稀土元素钆的纳米颗粒及纳米晶块体材料的方法。目的在于获得(1)颗粒度均匀，粒径小于100纳米的稀土元素钆纳米颗粒；(2)致密度高，晶粒细小(低于100纳米)、均匀，同时具有良好磁热性能的稀土元素钆纳米晶块体材料。
一种稀土元素钆的纳米颗粒制备方法，其特征在于，利用物理气相沉积技术，以纯度高于99.5wt％的高纯钆作为阳极，金属钨作为阴极，在氦气气氛下，选择电弧电流100-300A，电弧电压10-50V，起弧时间0.5-2小时将原料制备成稀土元素钆的纳米颗粒。
一种稀土元素钆的纳米晶块体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：利用物理气相沉积技术，以纯度高于99.5wt％的高纯钆作为阳极，金属钨作为阴极；在氦气气氛下，选择电弧电流100-300A，电弧电压10-50V，起弧时间0.5-2小时将原料制备成稀土元素钆的纳米颗粒；
步骤2：将上述的钆的纳米颗粒置入氩气体保护的预处理室，氧浓度低于0.5ppm，将纳米钆粉装入碳化钨硬质合金模具或石墨模具并预压成型，压力范围10-1000MPa；
步骤3：将上述的经预压成型的稀土元素钆的纳米颗粒生坯，利用放电快速烧结技术将压坯烧结成为本发明的具有高致密度的稀土元素钆的纳米晶块体材料；具体烧结工艺参数为：烧结温度200-400℃，烧结保温时间0-10min，烧结压力30-1000MPa，烧结升温速率为30-50℃/min。
本发明提供的稀土元素钆的纳米颗粒颗粒度均匀，粒径小于100纳米，不同实施例制备的粉末的粒度见表1。此外，颗粒外形均呈现出六角形，说明所制备的颗粒均为单晶颗粒。颗粒的具体形貌如附图1所示。
本发明提供的稀土元素钆纳米晶块体材料具有很高的致密度(达到理论密度的99％以上)。材料显微组织晶粒细小、均匀，晶粒度小于100纳米(如附图2所示)。材料具有良好磁热性能，在1.5特斯拉磁场强度下，最高绝热温变ΔT＝2.3K(如附图3所示)。不同实施例制备的材料的晶粒度和绝热温变见表1。
附图说明
图1：采用原位物理气相沉积技术制备的稀土元素钆单晶纳米颗粒(实施例1)的形貌图(透射电子显微镜照片)。
图2：采用放电等离子烧结技术制备的稀土元素钆的纳米晶块体材料(实施例2)的晶粒显微组织图(高分辩透射电子显微镜照片)。
图3：稀土元素钆的纳米晶块体材料(实施例3)在1.5特斯拉磁场下的绝热温变曲线图。
具体实施方式
例1、将纯度为99.5wt％高纯钆放入物理气相沉积设备，在氦气气氛下，选择电弧电流100A，电弧电压15V，起弧时间1小时将原料制备成稀土元素钆的纳米颗粒。将上述的钆的纳米颗粒在高纯氩气体保护的预处理室，氧浓度为0.5ppm，粉装入石墨模具并预压成型。压力10MPa。将生坯利用放电快速烧结技术烧结成为块体材料。具体烧结工艺参数为：烧结温度为400℃，保温时间为10min，烧结压力为30MPa，烧结升温速率为30℃/min。
例2、将纯度为99.8wt％高纯钆放入物理气相沉积设备，在氦气气氛下，选择电弧电流200A，电弧电压35V，起弧时间2小时将原料制备成稀土元素钆的纳米颗粒。将上述的钆的纳米颗粒在高纯氩气体保护的预处理室，氧浓度为0.2ppm，粉装入碳化钨硬质合金模具并预压成型。压力500MPa。将生坯利用放电快速烧结技术烧结成为块体材料。具体烧结工艺参数为：烧结温度为300℃，保温时间为2min烧结压力为100MPa，烧结升温速率为40℃/min。
例3、将纯度为99.7wt％高纯钆放入物理气相沉积设备，在氦气气氛下，选择电弧电流300A，电弧电压50V，起弧时间0.5小时将原料制备成稀土元素钆的纳米颗粒。将上述的钆的纳米颗粒在高纯氩气体保护的预处理室，氧浓度为0.1ppm，粉装入碳化钨硬质合金模具并预压成型。压力1000MPa。将生坯利用放电快速烧结技术烧结成为块体材料。具体烧结工艺参数为：烧结温度为200℃，保温时间为0min烧结压力为1000MPa，烧结升温速率为50℃/min。
表1
Claims (2)
1、一种稀土元素钆的纳米颗粒制备方法，其特征在于，利用物理气相沉积技术，以纯度高于99.5wt％的高纯钆作为阳极，金属钨作为阴极，在氦气气氛下，选择电弧电流100-300A，电弧电压10-50V，起弧时间0.5-2小时将原料制备成稀土元素钆的纳米颗粒。
2、一种稀土元素钆的纳米晶块体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：利用物理气相沉积技术，以纯度高于99.5wt％的高纯钆作为阳极，金属钨作为阴极；在氦气气氛下，选择电弧电流100-300A，电弧电压10-50V，起弧时间0.5-2小时将原料制备成稀土元素钆的纳米颗粒；
步骤2：将上述的钆的纳米颗粒置入氩气体保护的预处理室，氧浓度低于0.5ppm，将纳米钆粉装入碳化钨硬质合金模具或石墨模具并预压成型，压力范围10-1000MPa；
步骤3：将上述的经预压成型的稀土元素钆的纳米颗粒生坯，利用放电快速烧结技术将压坯烧结成为稀土元素钆的纳米晶块体材料；具体烧结工艺参数为：烧结温度200-400℃，烧结保温时间0-10min，烧结压力30-1000MPa，烧结升温速率为30-50℃/min。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2005100871130A CN100431748C (zh) | 2005-07-27 | 2005-07-27 | 稀土元素钆的纳米颗粒及纳米晶块体材料的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2005100871130A CN100431748C (zh) | 2005-07-27 | 2005-07-27 | 稀土元素钆的纳米颗粒及纳米晶块体材料的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1709615A CN1709615A (zh) | 2005-12-21 |
| CN100431748C true CN100431748C (zh) | 2008-11-12 |
Family
ID=35705942
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB2005100871130A Expired - Fee Related CN100431748C (zh) | 2005-07-27 | 2005-07-27 | 稀土元素钆的纳米颗粒及纳米晶块体材料的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN100431748C (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11473171B1 (en) | 2022-05-31 | 2022-10-18 | Kunming University Of Science And Technology | Integrated method for purifying metal gadolinium and preparing gadolinium oxide nanomaterials by arc plasma |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104923790B (zh) * | 2014-11-25 | 2018-08-17 | 安泰科技股份有限公司 | 一种钆块体材料及其制备方法 |
| CN104772473B (zh) * | 2015-04-03 | 2016-09-14 | 北京工业大学 | 一种3d打印用细颗粒球形钛粉的制备方法 |
| CN106216705B (zh) * | 2016-09-19 | 2018-04-27 | 北京工业大学 | 一种3d打印用细颗粒单质球形金属粉末的制备方法 |
| CN109513937A (zh) * | 2018-11-13 | 2019-03-26 | 北京工业大学 | 一种金属钆粉末的制备及分级工艺 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001342506A (ja) * | 2000-05-31 | 2001-12-14 | Hitachi Metals Ltd | 粉末原料の製造方法およびターゲット材の製造方法 |
| US6379419B1 (en) * | 1998-08-18 | 2002-04-30 | Noranda Inc. | Method and transferred arc plasma system for production of fine and ultrafine powders |
| CN1416987A (zh) * | 2002-12-19 | 2003-05-14 | 北京工业大学 | 复合稀土钼次级发射材料的放电等离子快速烧结(sps)的制备方法 |
-
2005
- 2005-07-27 CN CNB2005100871130A patent/CN100431748C/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6379419B1 (en) * | 1998-08-18 | 2002-04-30 | Noranda Inc. | Method and transferred arc plasma system for production of fine and ultrafine powders |
| JP2001342506A (ja) * | 2000-05-31 | 2001-12-14 | Hitachi Metals Ltd | 粉末原料の製造方法およびターゲット材の製造方法 |
| CN1416987A (zh) * | 2002-12-19 | 2003-05-14 | 北京工业大学 | 复合稀土钼次级发射材料的放电等离子快速烧结(sps)的制备方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11473171B1 (en) | 2022-05-31 | 2022-10-18 | Kunming University Of Science And Technology | Integrated method for purifying metal gadolinium and preparing gadolinium oxide nanomaterials by arc plasma |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1709615A (zh) | 2005-12-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100365745C (zh) | 稀土铁系双相纳米晶复合永磁材料的制备方法 | |
| CN103639408B (zh) | 一种以氢化钛铝合金粉末短流程制备钛铝金属间化合物的方法 | |
| CN100431748C (zh) | 稀土元素钆的纳米颗粒及纳米晶块体材料的制备方法 | |
| EP3043364A1 (en) | Preparation of permanent magnet material | |
| CN103073332B (zh) | 具有纳米孔结构的过渡金属碳化物陶瓷及其制备方法 | |
| US20160086704A1 (en) | Method of manufacturing anisotropic hot-deformed magnet using hot-deformation process and hot-deformed magnet manufactured thereby | |
| CN100386337C (zh) | 一种原位合成制备高纯GdH2块体材料的方法 | |
| CN111074133A (zh) | 一种低活化多主元固溶体合金及其制备方法 | |
| CN104084594A (zh) | 一种制备微细球形铌粉的方法 | |
| CN105957706A (zh) | 一种压力浸渗Dy3+/Tb3+制备高性能钕铁硼磁体的方法 | |
| CN108987724A (zh) | 一种锂离子电池中空Si/C复合负极材料及其制备方法 | |
| CN1743103A (zh) | 稀土纳米颗粒及纳米晶材料制备方法及其设备 | |
| WO2012121542A3 (ko) | Cigs 태양전지의 배면전극용 몰리브덴 스퍼터링 타겟 제조방법 | |
| CN106876675B (zh) | 一种锂离子电池用钛酸锂石墨复合负极材料的制备方法 | |
| CN111676456B (zh) | 一种自组装Ba(Hf,Ti)O3:HfO2纳米复合无铅外延单层薄膜及其制备方法 | |
| KR101410061B1 (ko) | 염료감응형 태양전지 및 그 제조방법 | |
| CN1234147C (zh) | 纳米复合稀土钨电子发射材料的放电等离子制备方法 | |
| Luo et al. | Eutectic‐derived bimodal porous Ni@ NiO nanowire networks for high‐performance Li‐ion battery anodes | |
| WO2014123079A1 (ja) | 焼結磁石製造方法 | |
| CN111074127B (zh) | 一种Ce-Mg-Ni低压贮氢合金材料及其制备方法 | |
| CN101434394B (zh) | 多元稀土硼化物（LaxBa1-x）B6阴极材料及其制备方法 | |
| CN103273069A (zh) | 一种高纯超细纳米晶镥块体材料的制备方法 | |
| CN114300210A (zh) | 稀土氢化金属粉末、钕铁硼磁体及其制备方法 | |
| CN102864414A (zh) | 一种制备具有金字塔结构的Fe薄膜的方法 | |
| CN1312302C (zh) | 晶态与非晶态结构及尺寸可调控的纳米纯钐的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20081112 |