CN101898895B - 一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。其技术方案是：采用碳酸镁、碱式碳酸镁和金属铝粉为原料，将碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3∶4或将碱式碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3∶28混合，分别组成混合原料，外加所述混合原料0～10wt％的金属镍粉、0～10wt％的金属铁粉和0～10wt％的羟基镍粉，组成混合料。再将所述混合料和钢球按质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa置于行星球磨机上球磨2～50小时或抽真空至-0.1MPa后充入高纯氮气、高纯氩气和CO2气体中的一种，置于行星球磨机上球磨2～50小时即制得。本发明工艺简单、易于工业化、可直接制备，所制备的纳米晶尖晶石-碳复合粉体界面结合好，分散度高。
Description
技术领域
本发明属于尖晶石-碳复合粉体技术领域。具体涉及一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。
背景技术
镁铝尖晶石因熔点高、热膨胀系数小、抗碱性熔渣能力强等诸多的优良性能而被广泛应用于冶金、化工、电子、军工等工业领域。
在氧化物耐火材料中引入碳，可极大地改善耐火材料的抗渣蚀性能及抗剥落性能。传统的镁碳、铝碳、铝镁碳等含碳复合耐火材料中的碳含量一般为10-20％。随着冶炼技术的快速发展，对耐火材料的使用要求也越来越高。洁净钢生产工艺要求耐火材料尽可能减少对钢水的二次污染；炉外精炼的过程中要求尽可能减少钢水的温降，即要求炉衬材料具有低的热导率。为了降低能耗，避免和减少耐火材料组分对钢液产生污染，在洁净钢和超洁净钢的冶炼过程中，一般要求尽可能降低耐火材料中的含碳量，使用低碳耐火材料。
在低碳耐火材料中石墨加入量大幅度降低的情况下，如何保证低碳耐火材料具有优良的抗剥落性能及抗熔渣渗透、侵蚀性能是当前低碳耐火材料研究领域的重要研究方向。
研究表明，在低碳耐火材料中石墨加入量大幅度降低的情况下，通过在基质部分引入可促进树脂碳石墨化转变的纳米尺度的粉体，包括纳米尺度的可石墨化前躯体和纳米陶瓷粒子，如氧化镁、尖晶石等，可有效改善和提高低碳耐火材料抗氧化性能、抗剥落性能及抗熔渣渗透、侵蚀性能。但纳米碳粒子在低碳材料基质中的高度分散十分关键。
传统的工业生产中使用的镁铝尖晶石均为人工合成，主要由电熔和高温反应烧结法合成，合成温度高、反应时间长、能源消耗大，且采用传统的电熔和高温反应烧结法制备纳米尖晶石粉体非常困难；近年来发展的共沉淀法、溶胶-凝胶法、水热合成法、燃烧合成法等可制备纳米尖晶石粉体，但这些方法生产工艺复杂，不利于规模化生产，而且纳米尖晶石粉体和纳米碳粒子不能同时制备，多通过机械混合的方式共混得到复合粉体。但，由于纳米颗粒具有强烈的体积效应、表面界面效应等，再加上颗粒间的范德华力、静电力以及溶剂的表面张力等作用，纳米颗粒通常会产生严重的团聚，传统的机械混合方式很难破坏这种团聚结构。这种团聚结构的存在会造成材料结构的不均匀，进而影响材料的性能。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的缺陷，目的是提供一种工艺简单、易于实现工业化生产、可直接制备纳米晶尖晶石-碳复合粉体的方法；用该方法所制备的纳米晶尖晶石-碳复合粉体界面结合好、具有高分散度、晶体粒径为纳米级，可避免尖晶石晶粒过大以及碳在尖晶石粉体中的分散不均匀问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：采用碳酸镁、碱式碳酸镁和金属铝粉为原料，将碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3∶4或将碱式碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3∶28混合，分别组成混合原料，外加所述混合原料0～10wt％的金属镍粉、0～10wt％的金属铁粉和0～10wt％的羟基镍粉，混合均匀，组成混合料。
或再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体；
或再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，充入高纯氮气、高纯氩气和CO2气体中的一种，然后置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
上述技术方案中：碳酸镁为菱镁矿、工业碳酸镁、化学纯碳酸镁、分析纯碳酸镁中的一种，碳酸镁的粒径小于100目；碱式碳酸镁为工业碱式碳酸镁、化学纯碱式碳酸镁、分析纯碱式碳酸镁中的一种，碱式碳酸镁的粒径小于100目；金属铝粉的粒径小于100目；金属镍粉、金属铁粉、羟基镍粉的粒径均小于100目；钢球为淬火钢球，钢球的质量级配为大球∶中球∶小球＝2∶4∶1；大球直径为16mm，中球直径为10mm，小球直径为5mm。
由于采用上述技术方案，本发明以碳酸镁-金属铝粉及碱式碳酸镁-金属铝粉为反应体系，采用机械合金化的方法，常温下通过机械力诱导的碳酸镁原位分解还原反应，直接制备具有高分散度的纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
该发明将机械合金化和原位复合法相结合在尖晶石纳米晶粒间原位生成强化相碳，与在尖晶石粉体中机械混合掺杂石墨相比，①机械合金化和原位复合法相结合，可直接同步制备高分散度的纳米晶尖晶石-碳复合粉体，工艺简单、易于实现工业化生产；②原位生成的纳米晶石墨强化相与尖晶石纳米晶间界面清洁；③强化相纳米晶石墨粒子更加细小且在纳米晶尖晶石颗粒间的分布更加均匀。
因此，本发明具有工艺简单、易于实现工业化、可直接制备的特点，所制备的纳米晶尖晶石-碳复合粉体界面结合好，具有高分散度，晶体粒径为纳米级，可避免尖晶石晶粒过大以及碳在尖晶石粉体中的分散不均匀问题。
附图说明
附图1～4为本发明制备的一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体的表征：
图1为该复合粉体的X射线衍射图谱中尖晶石相的特征峰；
图2为该复合粉体的拉曼光谱分析中碳的特征峰；
图3为该复合粉体中的纳米碳球的高分辨透射电子像；
图4为该复合粉体中纳米晶尖晶石和纳米晶石墨的高分辨透射电子像。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对保护范围的限制。
为避免重复，先将本具体实施方式所涉及到的原料的理化参数和钢球的级配统一描述如下，实施例中不再赘述：碳酸镁、碱式碳酸镁和金属铝粉的粒径小于100目；金属镍粉、金属铁粉、羟基镍粉的粒径小于100目；钢球为淬火钢球，钢球的质量级配为大球∶中球∶小球＝2∶4∶1；大球直径为16mm，中球直径为10mm，小球直径为5mm。
实施例1
一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。以菱镁矿和金属铝粉为原料，将菱镁矿与金属铝粉按摩尔比为3∶4混合，组成混合原料。再将所述混合原料和钢球按混合原料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，然后置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例2
一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。以工业碳酸镁和金属铝粉为原料，将工业碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3∶4混合，组成混合原料。再将所述混合原料和钢球按混合原料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，充入高纯氮气，置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例3
一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。以化学纯碳酸镁和金属铝粉为原料，将化学纯碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3∶4混合，组成混合原料，外加小于所述混合原料0.1wt％的金属镍粉，混合均匀，组成混合料。再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，充入高纯氩气，然后置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例4
一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。以分析纯碳酸镁和金属铝粉为原料，将分析纯碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3∶4混合，组成混合原料，外加小于所述混合原料0.1wt％的金属铁粉，混合均匀，组成混合料。再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，充入CO2气体，然后置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例5
一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。以菱镁矿和金属铝粉为原料，将菱镁矿与金属铝粉按摩尔比为3∶4混合，组成混合原料，外加小于所述混合原料0.1wt％的羟基镍粉，混合均匀，组成混合料。再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，充入高纯氩气，然后置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例6
一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。以菱镁矿和金属铝粉为原料，将菱镁矿与金属铝粉按摩尔比为3∶4混合，组成混合原料，外加所述混合原料0.1～3wt％的金属镍粉、0.1～3wt％的金属铁粉，混合均匀，组成混合料。再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例7
一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。以工业碳酸镁和金属铝粉为原料，将工业碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3∶4混合，组成混合原料，外加所述混合原料0.1～3wt％的金属镍粉和0.1～3wt％的羟基镍粉，混合均匀，组成混合料。再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，充入CO2气体，然后置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例8
一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。以化学纯碳酸镁和金属铝粉为原料，将化学纯碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3∶4混合，组成混合原料，外加所述混合原料0.1～3wt％的金属铁粉和0.1～3wt％的羟基镍粉，混合均匀，组成混合料。再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，充入高纯氮气，然后置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例9
一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。以分析纯碳酸镁和金属铝粉为原料，将分析纯碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3∶4混合，组成混合原料，外加所述混合原料0.1～3wt％的金属镍粉和0.1～3wt％的金属铁粉，混合均匀，组成混合料。再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例10
一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。采用菱镁矿和金属铝粉为原料，将菱镁矿与金属铝粉按摩尔比为3∶4混合，组成混合原料，外加所述混合原料0.1～1wt％的金属镍粉、0.1～1wt％的金属铁粉和0.1～1wt％的羟基镍粉，混合均匀，组成混合料。再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，充入高纯氮气，然后置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例11
一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。以菱镁矿和金属铝粉为原料，将菱镁矿与金属铝粉按摩尔比为3∶4混合，组成混合原料，外加所述混合原料1～5wt％的金属镍粉，混合均匀，组成混合料。再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例12
一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。以工业碳酸镁和金属铝粉为原料，将工业碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3∶4混合，组成混合原料，外加所述混合原料1～5wt％的金属铁粉，混合均匀，组成混合料。再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例13
一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。以化学纯碳酸镁和金属铝粉为原料，将化学纯碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3∶4混合，组成混合原料，外加所述混合原料1～5wt％的羟基镍粉，混合均匀，组成混合料。再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例14
一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。以分析纯碳酸镁和金属铝粉为原料，将分析纯碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3∶4混合，组成混合原料，外加所述混合原料3～8wt％的金属镍粉和3～8wt％的金属铁粉，混合均匀，组成混合料。再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例15
一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。以菱镁矿和金属铝粉为原料，将菱镁矿与金属铝粉按摩尔比为3∶4混合，组成混合原料，外加所述混合原料3～8wt％的金属镍粉和3～8wt％的羟基镍粉，混合均匀，组成混合料。再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例16
一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。以工业碳酸镁和金属铝粉为原料，将工业碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3∶4混合，组成混合原料，外加所述混合原料3～8wt％的金属铁粉和3～8wt％的羟基镍粉，混合均匀，组成混合料。再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例17
一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。以化学纯碳酸镁和金属铝粉为原料，将化学纯碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3∶4混合，组成混合原料，外加所述混合原料1～7wt％的金属镍粉、1～7wt％的金属铁粉和1～7wt％的羟基镍粉，混合均匀，组成混合料。再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例18
一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。以分析纯碳酸镁和金属铝粉为原料，将碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3∶4混合，组成混合原料，外加所述混合原料5～10wt％的金属镍粉，混合均匀，组成混合料。再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，充入高纯氮气，然后置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例19
一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。以菱镁矿和金属铝粉为原料，将菱镁矿与金属铝粉按摩尔比为3∶4混合，组成混合原料，外加所述混合原料5～10wt％的金属铁粉，混合均匀，组成混合料。再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，充入高纯氩气，然后置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例20
一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。以工业碳酸镁和金属铝粉为原料，将工业碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3∶4混合，组成混合原料，外加所述混合原料5～10wt％的羟基镍粉，混合均匀，组成混合料。再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，充入CO2，然后置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例21
一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。以工业碱式碳酸镁和金属铝粉为原料，将工业碱式碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3∶28混合，组成混合原料。再将所述混合原料和钢球按混合原料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例22
一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。以工业碱式碳酸镁和金属铝粉为原料，将工业碱式碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3∶28混合，组成混合原料。再将所述混合原料和钢球按混合原料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，充入高纯氩气，然后置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例23
一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。以化学纯碱式碳酸镁和金属铝粉为原料，将化学纯碱式碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3∶28混合，组成混合原料，外加小于所述混合原料0.1wt％的金属镍粉，混合均匀，组成混合料。再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，然后置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例24
一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。以分析纯碱式碳酸镁和金属铝粉为原料，将分析纯碱式碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3∶28混合，组成混合原料，外加小于所述混合原料0.1wt％的金属铁粉，混合均匀，组成混合料。再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，然后置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例25
一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。以工业碱式碳酸镁和金属铝粉为原料，将工业碱式碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3∶28混合，组成混合原料，外加小于所述混合原料0.1wt％的羟基镍粉，混合均匀，组成混合料。再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例26
一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。以工业碱式碳酸镁和金属铝粉为原料，将工业碱式碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3∶28混合，组成混合原料，外加所述混合原料0.1～3wt％的金属镍粉和0.1～3wt％的羟基镍粉，混合均匀，组成混合料。再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例27
一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。以化学纯碱式碳酸镁和金属铝粉为原料，将化学纯碱式碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3∶28混合，组成混合原料，外加所述混合原料0.1～3wt％的金属铁粉和0.1～3wt％的羟基镍粉，混合均匀，组成混合料。再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例28
一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。以分析纯碱式碳酸镁和金属铝粉为原料，将分析纯碱式碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3∶28混合，组成混合原料，外加所述混合原料0.1～3wt％的金属镍粉和0.1～3wt％的金属铁粉，混合均匀，组成混合料。再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，充入高纯氩气，然后置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例29
一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。以工业碱式碳酸镁和金属铝粉为原料，将工业碱式碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3∶28混合，组成混合原料，外加所述混合原料0.1～1wt％的金属镍粉、0.1～1wt％的金属铁粉和0.1～1wt％的羟基镍粉，混合均匀，组成混合料。再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例30
一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。以化学纯碱式碳酸镁和金属铝粉为原料，将化学纯碱式碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3∶28混合，组成混合原料，外加所述混合原料1～7wt％的金属镍粉，混合均匀，组成混合料。再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，充入CO2气体，然后置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例31
一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。以分析纯碱式碳酸镁和金属铝粉为原料，将碱式碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3∶28混合，组成混合原料，外加所述混合原料1～7wt％的金属铁粉，混合均匀，组成混合料。再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，充入高纯氩气，然后置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例32
一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。以工业碱式碳酸镁和金属铝粉为原料，将工业碱式碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3∶28混合，组成混合原料，外加所述混合原料1～7wt％的羟基镍粉，混合均匀，组成混合料。再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，充入高纯氮气，然后置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例33
一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。以化学纯碱式碳酸镁和金属铝粉为原料，将化学纯碱式碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3∶28混合，组成混合原料，外加所述混合原料3～8wt％的金属镍粉和3～8wt％的金属铁粉，混合均匀，组成混合料。再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，充入高纯氮气，然后置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例34
一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。以分析纯碱式碳酸镁和金属铝粉为原料，将分析纯碱式碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3∶28混合，组成混合原料，外加所述混合原料3～8wt％的金属镍粉和3～8wt％的羟基镍粉，混合均匀，组成混合料。再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，充入高纯氩气，然后置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例35
一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。以工业碱式碳酸镁和金属铝粉为原料，将工业碱式碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3∶28混合，组成混合原料，外加所述混合原料3～8wt％的金属铁粉和3～8wt％的羟基镍粉，混合均匀，组成混合料。再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，充入CO2气体，然后置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例36
一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。以工业碱式碳酸镁和金属铝粉为原料，将工业碱式碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3∶28混合，组成混合原料，外加所述混合原料1～7wt％的金属镍粉、1～7wt％的金属铁粉和1～7wt％的羟基镍粉，混合均匀，组成混合料。再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，充入高纯氩气，然后置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例37
一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。以化学纯碱式碳酸镁和金属铝粉为原料，将化学纯碱式碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3∶28混合，组成混合原料，外加所述混合原料5～10wt％的金属镍粉，混合均匀，组成混合料。再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例38
一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。以分析纯碱式碳酸镁和金属铝粉为原料，将分析纯碱式碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3∶28混合，组成混合原料，外加所述混合原料5～10wt％的金属铁粉，混合均匀，组成混合料。再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
实施例39
一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体及其制备方法。以工业碱式碳酸镁和金属铝粉为原料，将工业碱式碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3∶28混合，分别组成混合原料，外加所述混合原料5～10wt％的羟基镍粉，混合均匀，组成混合料。再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
本具体实施方式以碳酸镁-金属铝粉及碱式碳酸镁-金属铝粉为反应体系，采用机械合金化的方法，常温下通过机械力诱导的碳酸镁原位分解还原反应，直接制备具有高分散度的纳米晶尖晶石-碳复合粉体。故具有工艺简单、易于实现工业化、可直接制备的特点。
本具体实施方式所制备的纳米晶尖晶石-碳复合粉体界面结合好，分散度高，晶体粒径为纳米级，可避免尖晶石晶粒过大以及碳在尖晶石粉体中的分散不均匀问题。该具体实施方式将机械合金化和原位复合法相结合在尖晶石纳米晶粒间原位生成强化相碳。以实施例32所制备的一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体进行表征的附图为例：
图1为该复合粉体的X射线衍射图谱，可以看出尖晶石相(简称MA)的存在；图2为该复合粉体的拉曼光谱分析谱线，从中可以看出碳的两个拉曼特征峰，证明复合粉体中含有碳；图3，图4为该复合粉体的高分辨透射电子像，其中图3给出的是均匀分布在微栅碳膜上的纳米碳球(尺寸约为2～5nm)，图4为纳米晶尖晶石和纳米晶石墨晶体结构共存，纳米晶石墨强化相与纳米晶尖晶石间界面清洁，强化相纳米晶石墨粒子更加细小且在纳米晶尖晶石颗粒间的分布更加均匀。
Claims (7)
1.一种纳米晶尖晶石-碳复合粉体的制备方法，其特征在于：采用碳酸镁、碱式碳酸镁和金属铝粉为原料，将碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3∶4或将碱式碳酸镁与金属铝粉按摩尔比为3∶28混合，分别组成混合原料，外加所述混合原料0～10wt％的金属镍粉、0～10wt％的金属铁粉和0～10wt％的羟基镍粉，混合均匀，组成混合料；
再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体；
或再将所述混合料和钢球按混合料与钢球的质量比为1∶(40～60)装入不锈钢球磨罐中密封，抽真空至-0.1MPa，充入高纯氮气、高纯氩气和CO2气体中的一种，然后置于行星球磨机上球磨2～50小时，制得纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
2.根据权利要求1所述的纳米晶尖晶石-碳复合粉体的制备方法，其特征在于所述的碳酸镁为菱镁矿、工业碳酸镁、化学纯碳酸镁、分析纯碳酸镁中的一种，碳酸镁的粒径小于100目。
3.根据权利要求1所述的纳米晶尖晶石-碳复合粉体的制备方法，其特征在于所述的碱式碳酸镁为工业碱式碳酸镁、化学纯碱式碳酸镁、分析纯碱式碳酸镁中的一种，碱式碳酸镁的粒径小于100目。
4.根据权利要求1所述的纳米晶尖晶石-碳复合粉体的制备方法，其特征在于所述的金属铝粉的粒径小于100目。
5.根据权利要求1所述的纳米晶尖晶石-碳复合粉体的制备方法，其特征在于所述的金属镍粉、金属铁粉、羟基镍粉的粒径均小于100目。
6.根据权利要求1所述的纳米晶尖晶石-碳复合粉体的制备方法，其特征在于所述的钢球为淬火钢球，钢球的质量级配为大球∶中球∶小球＝2∶4∶1；大球直径为16mm，中球直径为10mm，小球直径为5mm。
7.根据权利要求1～6项中任一项所述的纳米晶尖晶石-碳复合粉体的制备方法所制备的纳米晶尖晶石-碳复合粉体。
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