CN105728746A - 一种纳米铍粉的制备方法 - Google Patents

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陈龙
罗江山
金雷
何玉丹
罗炳池
李恺
李文琦
谭秀兰
李喜波
康晓丽
徐习斌
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    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/16—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
    • B22F9/30—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with decomposition of metal compounds, e.g. by pyrolysis

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Abstract

本发明提供了一种纳米铍粉的制备方法。所述的制备方法包括步骤：(a) 将矿物油溶剂加热恒温；(b) 采用微液滴发生器分配有机铍醚合物，将有机铍醚合物通过管道从储液管输送到分配头，形成微液滴喷射进入已加热恒温的矿物油溶剂；(c) 有机铍醚合物在矿物油溶剂中受热分解生成BeH2，副产物异丁烯、乙醚排出；(d) BeH2过热分解脱氢生成铍；(e) 蒸馏分离矿物油溶剂并干燥得到纳米铍粉。

Description

一种纳米铍粉的制备方法
技术领域
本发明涉及一种纳米铍粉的制备方法，更具体地说，本发明涉及一种采用微液滴发生器将有机铍醚合物微液滴喷射到恒温矿物油溶剂中热解制备纳米铍粉的方法。
背景技术
铍是一种稀有轻金属，它具有某些特殊的性能，在原子能反应堆的应用中取得了显著的效果，其在惯性导航、光学系统、导弹、卫星、宇航器和飞机方面的应用已经部分取代铝、镁、钛。尤其在生产轻型结构材料时，铍已经占据非常重要的地位。铍具有三个严重制约其发展的缺陷：脆、贵、毒。铍铸锭含有大量的孔隙，显微组织为粗大的晶粒结构，即使加工处理后，晶粒度也大于100μm，结果铍铸锭的机械性能非常差。因此铍件的制造只能采用粉末冶金法，即将铍锭车削成屑，然后制成粉末，再用于随后的加工处理。
随着科学技术的发展，特别是新一代高强度、高延展性铍材的出现，对铍粉的制备提出了更严格的要求。铍粉的粒度、化学成分、物理性能、工艺性能对其固结过程及最终的产品性能有着重大的影响。铍粉的制备主要是采用机械方法，主要有圆盘磨、球磨、冲击研磨、气体雾化等。前两种方式制备的铍粉已不能满足生产质量要求。气体雾化得到的铍粉各向同性也非常趋近于球型，但是设备要求和生产成本高。目前铍粉生产的主流工艺是冲击研磨法。目前冲击研磨法得到的铍粉粒度在数十微米的量级。机械研磨得到的铍粉粒径难以再降低，工艺设备复杂，成本高，反复研磨，时间久，次数多，出粉温度高，氧化程度高。研磨器材接触污染严重，引入杂质。
发明内容
为了克服现有技术中的机械研磨法制备铍粉所存在的缺陷，本发明提供一种纳米铍粉的制备方法。采用该方法可以获得粒度为纳米级别且纯度较高、球形度较好的铍粉。
本发明的纳米铍粉的制备方法，包括以下步骤：
(a)将矿物油溶剂加热恒温；
(b)采用微液滴发生器将有机铍从储液管输送到分配头，产生微液滴喷射进入已加热恒温的矿物油溶剂；
(c)有机铍在矿物油溶剂中受热分解生成BeH2，副产物乙醚等排出；
(d)BeH2在矿物油溶剂中过热分解生成铍，氢气排出；
(e)蒸馏分离矿物油溶剂，并干燥得到纳米铍粉。
本发明的液相法制备纳米铍粉相对机械研磨法有很多明显的优点：工艺过程简单，在一个反应器皿中完成从有机铍到铍粉的制备，减少接触性污染和杂质引入。装置简单，生产成本低。工艺易放大，容易实现规模化生产。通过微液滴发生器控制有机铍液滴大小，可以得到粒度更小的铍粉。整个铍粉的制备过程都在手套箱中高纯惰性气体保护下无氧无水的环境中进行，减少了铍粉的氧化。有机铍热解实验采用的矿物油溶剂在使用前通过蒸馏提纯，除去非挥发性杂质，因此溶剂不会引入杂质。经过ICP-MS检测，蒸馏过的矿物油溶剂不存在ICP可检测到的金属杂质。溶剂可以回收重复利用，降低生产成本。有机铍可以纯化将杂质控制在很低的程度，且可连续大量生产，从而可以得到纯度较高、球形度较好的纳米铍粉。
附图说明
图1为本发明的纳米铍粉的制备装置结构示意图；
图中，1.尾气排放口2.尾气吸收过滤罐3.正二烷溶剂4.磁力电热套5.正十二烷6.三颈烧瓶7.有机铍供应管8.有机铍储液罐9.有机铍液体10.电子温度计11.微液滴控制器电源12.过滤单元13.微液滴分配头14.接石油醚15.控制电源线16.冷凝管17.接石油醚18.尾气排放管道19.阀门。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明的纳米铍粉的制备装置结构示意图。
铍粉制备工艺过程都在手套箱中进行。手套箱中气体为高纯氩气（99.999%），氧含量≤10ppm，水含量≤1ppm。实验产生的尾气排放到铍实验室过滤塔。进入实验室穿防护实验服，戴防护半面罩，乳胶手套。
实施例1
1.溶剂提纯
本次实验采用正十二烷（阿拉丁试剂，纯度99%，CAS：112-53-8，沸点为217℃）作为热解溶剂。在溶剂热解实验前，采用蒸馏纯化正十二烷，除去非挥发性杂质。减压蒸馏，溶剂温度约为128℃，蒸汽温度约为80℃，蒸馏温度受烧瓶中的真空度影响而有不同，搅拌速度1000转/min，蒸馏后的溶剂采用ICP-MS分析测试结果显示，没有可检测到的金属杂质。
2.电子温度计校准
将提纯过的正十二烷添加到三颈反应烧瓶6，通过正十二烷沸腾时恒定的温度（217℃）定标电子温度计。
3.溶剂恒温
正十二烷溶剂降温到203℃，并长时间维持，待温度稳定后开始进行下一步骤实验。
4.二叔丁基铍热解反应
将有机铍原料二叔丁基铍乙醚配合物加入储液罐8，二叔丁基铍乙醚配合物通过聚四氟软管7输送到分配头13，通过控制电源11控制液体分配头12，二叔丁基铍乙醚配合物形成微液滴（纳升量级）喷射进入已经恒温在203℃的正十二烷溶剂5中，瞬间发生分解反应，生成白色的BeH2胶体。该反应为吸热反应，溶剂温度会因反应快慢的影响而波动，实验中应将温度波动区间控制在203±3℃，为了保持溶剂温度均匀，应迅速搅拌。
5.BeH2过热分解
BeH2胶体在静置状态下形成凝胶。为了防止形成BeH2凝胶，可以在分解反应结束后继续搅拌，保持胶体颗粒状态。将溶剂温度缓慢升高到215℃，BeH2胶体在溶剂中分解脱氢，白色BeH2胶体缓慢变化成黑色的Be胶体颗粒。分解结束后，继续搅拌，保持铍胶体颗粒状态。
6.减压蒸馏分离溶剂
Be胶体溶液通过蒸馏分离正十二烷溶剂，得到铍粉。该步骤中温度探测点为磁力电热套4和烧瓶6底部之间，温度控制在350℃左右。
7.减压干燥
蒸馏结束后，继续抽真空、加热，溶剂以气态形式被抽出，直到铍粉完全被干燥。该步骤温度探测点为电热套和烧瓶底部之间，温度控制在350℃。从烧瓶6中取出干燥的铍粉。
实施例2
采用微液滴控制器，控制二叔丁基铍原料以皮升的微液滴喷射进行热解反应。其它与实施例1相同。相比较实施例1，本次实验得到的铍粉颗粒度更小，但是由于有机铍液体分配速度太慢，铍粉制备速率较低。
实施例3
采用正十三烷作为热解溶剂，其它与实施1相同。
实施例4
采用正十四烷作为热解溶剂，其它与实施1相同。

Claims (10)

1.一种纳米铍粉的制备方法，其特征在于：所述的制备方法包括以下步骤：
(a)将矿物油溶剂加热恒温；
(b)采用微液滴发生器分配有机铍醚合物，将有机铍醚合物通过管道从储液管输送到分配头，形成微液滴喷射进入已加热恒温的矿物油溶剂；
(c)有机铍醚合物在矿物油溶剂中受热分解生成BeH2，副产物异丁烯、乙醚排出；
(d)BeH2过热分解脱氢生成铍；
(e)蒸馏分离矿物油溶剂并干燥得到纳米铍粉。
2.根据权利要求1所述纳米铍粉的制备方法，其特征在于：过程(a)中所述矿物油溶剂加热恒温范围200℃~205℃。
3.根据权利要求1所述纳米铍粉的制备方法，其特征在于：过程(a)中所述矿物油溶剂为正十二烷、正十三烷、正十四烷中的一种。
4.根据权利要求1所述纳米铍粉的制备方法，其特征在于：过程(b)中所述有机铍醚合物为二乙基铍乙醚配合物或二叔丁基铍乙醚配合物。
5.根据权利要求1所述纳米铍粉的制备方法，其特征在于：过程(b)中所述微液滴的体积为pl、nl、μl量级。
6.根据权利要求1所述纳米铍粉的制备方法，其特征在于：过程(c)中所述BeH2过热分解温度为210℃~230℃。
7.根据权利要求1所述纳米铍粉的制备方法，其特征在于：过程(a)~(e)在手套箱中高纯惰性气体环境中进行。
8.根据权利要求7所述纳米铍粉的制备方法，其特征在于：手套箱中高纯惰性气体氧含量≤10ppm，水含量≤1ppm。
9.根据权利要求7所述纳米铍粉的制备方法，其特征在于：所述惰性气体为氩气、氮气。
10.根据权利要求7所述纳米铍粉的制备方法，其特征在于：所述高纯惰性气体的纯度≥99.999%。
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