CN114309631A - 一种铼粉的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种铼粉的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:将铼酸铵粉末置于容器中,放入炉内,通入干燥净化后的空气,煅烧,获得氧化铼粉末;然后通入氢气,将氧化铼还原;然后将氢气还原后的物料连同容器置于真空炉中,进行氢气脉冲还原,还原结束后,保持真空利用容器内的余热,进行真空除气;将除气后的铼粉进行超声破碎,并筛分,得到成品铼粉。本申请提供的铼粉的制备方法,所得铼粉纯度99.9999%以上,粉末O含量≤20PPm,H、N、C、P等气体元素含量≤10PPm,粉末粒径1~50μm。
Description
技术领域
本申请涉及粉末冶金技术领域,特别是涉及一种铼粉的制备方法。
背景技术
铼是一种银白色的重金属,在元素周期表中属于第6周期过渡金属。铼的熔点高达3180℃,仅次于钨,且抗酸碱腐蚀性强,在空气中不被氧化。铼具有优良的抗热振性能和抗蠕变性能,在较大的热膨胀下不发生机械损伤,因而广泛应用于加热元件、高温合金以及高温耐腐蚀涂层等制备。尤其因为铼具有的高熔点、高电阻和优良的电学特性,可做成纯铼加热器,在金属有机化学气相沉积系统(MOCVD)设备、电子级铼靶、蓝宝石单晶炉等热场系统得到广泛应用。MOCVD设备是外延材料生长与芯片生产最为关键的设备,纯铼加热器杂质含量对LED产品的性能具有重要的影响。作为LED产业的核心技术,MOCVD设备一直被美国、德国垄断,纯铼加热器作为MOCVD设备中的一种关键部件,达到一定寿命后需进行更换,仍需从国外进口,国产替代日渐迫切。铼中的氧、碳、氢等非金属含量过高时,不利于后续的致密化和在应用工况中容易释放氧、碳、氢等元素从而影响LED产品质量,因此,要求制作MOCVD纯铼发热器等高端领域所用的铼粉不仅具有低的Si、Fe、Ni、Tl、Ti、Mg、S、Cl等杂质含量,还应具有低的O、C、H等气体元素含量,尤其是氧含量成为制约高端铼制品的关键因素之一。常规工艺主要通过氢还原高纯铼酸铵制备,通过制备高纯铼酸铵、多道工序反复氢还原工艺来制备高纯铼粉,已经实现了5N及以上高纯铼粉及铼合金的制备,但仅单一的氢还原工艺仍难以将氧、碳、氢等痕量元素控制在理想范围。
针对MOCVD设备、电子级铼靶、蓝宝石单晶炉等高端应用领域对高纯低氧含量铼粉的迫切需求,如何开辟新的技术途径,降低气体等杂质含量对于突破高端铼粉及铼合金制品,替代进口具有重要意义。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明的目的为提供一种铼粉的制备方法;本申请提供的铼粉的制备方法,所得铼粉纯度99.9999%以上,粉末O含量≤20PPm,H、N、C、P等气体元素含量≤10PPm,粉末粒径1~50μm。
本发明提供的技术方案如下:
一种铼粉的制备方法,包括以下步骤:
将铼酸铵粉末置于容器中,放入炉内,通入干燥净化后的空气,煅烧,获得氧化铼粉末;然后通入氢气,将氧化铼还原;
然后将氢气还原后的物料连同容器置于真空炉中,进行氢气脉冲还原,还原结束后,保持真空利用容器内的余热,进行真空除气;
将除气后的铼粉进行超声破碎,并筛分,得到成品铼粉。
优选地,干燥净化后的空气流量控制在3~5m3/h。
优选地,氢气为含水汽活化氢气,水汽由去离子水或高纯水经超声雾化制得,通过氢气载气通入炉内对铼酸铵进行还原。
优选地,氢气纯度不低于99.9995%,流量为4~7m3/h,水汽超声雾化功率为50~200W。
优选地,煅烧分为两段进行,第一段温度为150~250℃,时间为1~3h;第二段温度为250~350℃,时间为1~3h。
优选地,氢气还原分两段进行,第一段温度为350~450℃,时间为1~4h;第二段温度为500~650℃,时间为1~4h。
优选地,将氢气还原后的物料连同容器置于真空炉中,控制炉内温度为600~750℃,真空度≤10-3Pa,向炉内通入氢气至炉内压力达到1000~3000Pa,保持通入氢气后的压力并保温0.5~1h,然后抽真空恢复原有真空度,再次通入氢气,重复2~4次;结束后抽真空至真空度≤10-3Pa,利用容器内的余热,进行真空除气。
优选地,超声破碎和筛分在氩气保护下进行,氩气纯度不低于99.9995%,超声功率为2000~5000W。
优选地,铼酸铵粉末纯度在99.9999%以上,粒度为1~50μm;铼酸铵粉末在容器内的装料高度为50~80mm。
优选地,还包括将成品铼粉进行真空包装的步骤。
本申请提供一种铼粉的制备方法,将铼酸铵粉末置于容器中,放入炉内,通入干燥净化后的空气,煅烧,获得氧化铼粉末;然后通入氢气,将氧化铼还原;然后将氢气还原后的物料连同容器置于真空炉中,进行氢气脉冲还原,还原结束后,保持真空利用容器内的余热,进行真空除气;将除气后的铼粉进行超声破碎,并筛分,得到成品铼粉,所得铼粉纯度99.9999%以上,粉末O含量≤20PPm,H、N、C、P等气体元素含量≤10PPm,粉末粒径1~50μm。
本申请提供的铼粉的制备方法,从铼酸铵煅烧还原工艺入手,通过活化氧化铼的还原气氛,降低还原温度、有效减少粉末团聚及长大;还利用真空脉冲还原进一步降低铼粉中的O、C、N、P、S等气体含量,利用物料与舟皿余热抽真空除去残留的H等含量,从而达到制备高纯低氧含量超细的铼粉。
本申请提供的制备方法,容器优选使用高纯刚玉舟皿,然后将空气、氢气通入煅烧还原炉内,保证舟皿中的原料充分接触空气或氢气。其中,空气经过滤干燥后使用,且优选空气流量控制在3~5m3/h,并及时排出反应废气,在出口处经处理罐将废气中的氨气等进行处理后高空排放。氢气优选为含水汽活化氢气,水汽由去离子水或高纯水经超声雾化制得,通过氢气载气通入炉内对铼酸铵进行还原;更优选氢气纯度不低于99.9995%,流量为4~7m3/h,水汽超声雾化功率为50~200W。
本申请提供的制备方法,优选煅烧分两段进行,第一段温度为150~250℃,煅烧时间为1~3h;第二段温度为250~350℃,时间为1~3h。优选氢气还原分两段进行,第一段温度为350~450℃,还原时间为1~4h;第二段温度为500~650℃,还原时间为1~4h。本发明在低温煅烧活化还原后,对原料采用真空+脉冲负压氢+低温还原+负压除气工艺进行处理,具体为优选将氢气还原后的物料连同容器置于真空炉中,控制炉内温度为600~750℃,真空度≤10-3Pa,向炉内通入氢气至炉内压力达到1000~3000Pa,保持通入氢气后的压力并保温0.5~1h,然后抽真空恢复原有真空度,再次通入氢气,重复2~4次;结束后抽真空至真空度≤10-3Pa,利用容器内的余热,进行真空除气。本申请通过采用分阶段煅烧、分阶段氢气还原、真空脉冲氢还原+余热除气的方案,提升氢气还原反应效率,一方面有利于铼酸铵煅烧废气的排除,另一方面有利于得到粒度细小、均匀,O等气体含量少的铼粉。
本申请提供的制备方法,超声筛分在氩气保护下进行,氩气纯度不低于99.9995%,超声功率为2000~5000W,并筛分(优选过300目筛),由于整个工艺在低温下还原,粉末不易团聚,无需破碎即可筛分。
优选所用的原料铼酸铵粉末纯度在99.9999%以上,铼酸铵粉末粒径为1~50μm,更优选粒径为1~30μm。
优选制得的成品铼粉直接进行真空包装,避免储存时受到外界环境的影响导致质量降低。具体操作可以是将铼粉装入真空包装袋,每袋1Kg、5Kg或10Kg等规格,放入真空包装机进行真空包装。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本申请中的技术方案,下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
实施例1
一种铼粉的制备方法,包括以下步骤:
a)低温煅烧活化还原:将平均粒度为22μm的铼酸铵粉末置于舟皿中,装料高度60mm,放入炉内,通入干燥净化后的空气,空气流量控制在3m3/h,进行低温煅烧,获得氧化铼粉末,煅烧分两段进行,第一段温度为190℃,煅烧时间为2h;第二段温度为300℃,时间为2h,获得氧化铼粉末;然后通入含水汽活化氢气,水汽由去离子水经超声雾化制得,通过氢气载气通入炉内对铼酸铵进行还原,氢气纯度不低于99.9995%,流量为5m3/h,水汽超声雾化功率为100W;氢气还原分两段进行,第一段温度为380℃,还原时间为3h;第二段温度为600℃,还原时间为3h。
b)真空脉冲氢还原+余热除气:将氢气还原后的物料连同舟皿送入真空炉中,抽真空到≤10-3Pa,同时将真空炉中的温度升高至680℃,并保温,同时向真空炉内通入高纯氢气,至炉内压力达到2500Pa,保持恒压状态40min后抽真空,至真空度回到≤10-3Pa,再次通入氢气,反复3次,完成脉冲氢还原处理,停止加热,抽真空至真空度≤10-3Pa,利用容器内的余热,进行真空除气。
c)超声筛分与包装:将除气后的铼粉在氩气保护下进行超声破碎,并筛分,氩气纯度不低于99.9995%,超声破碎功率为3000W,工艺完成后将成品铼粉进行真空包装。
实施例2
本实施例提供了一种高纯铼粉的制备方法,除了步骤实施例1(a)中将装舟高端调整为50mm,其余步骤以及工艺参数与实施例1相同。
实施例3
本实施例提供了一种高纯铼粉的制备方法,除了步骤实施例1(a)中将第一段煅烧温度调整为220℃,其余步骤以及工艺参数与实施例1相同。
实施例4
本实施例提供了一种高纯铼粉的制备方法,除了步骤实施例1(a)中将第二段煅烧温度调整为330℃,其余步骤以及工艺参数与实施例1相同。
实施例5
本实施例提供了一种高纯铼粉的制备方法,除了步骤实施例1(a)中将氢还原流量调整为7m3/h,水汽超声雾化功率为200W,其余步骤以及工艺参数与实施例1相同。
实施例6
本实施例提供了一种高纯铼粉的制备方法,除了步骤实施例1(a)中将第一段氢还原温度调整为420℃,还原时间为2.5h,其余步骤以及工艺参数与实施例1相同。
实施例7
本实施例提供了一种高纯铼粉的制备方法,除了步骤实施例1(a)中将第二段温度为640℃,还原时间为2h,其余步骤以及工艺参数与实施例1相同。
实施例8
本实施例提供了一种高纯铼粉的制备方法,除了步骤实施例1(b)中将真空炉中的温度升高至630℃,通入氢气至炉内压力达到3000Pa,保持50min处理时间,其余步骤以及工艺参数与实施例1相同。
实施例9
本实施例提供了一种高纯铼粉的制备方法,除了步骤实施例1(b)中将真空炉中的温度升高至720℃,通入氢气至炉内压力达到2000Pa,其余步骤以及工艺参数与实施例1相同。
实施例10
本实施例提供了一种高纯铼粉的制备方法,除了步骤实施例1(b)中将真空负压氢脉冲次数为调整2次,其余步骤以及工艺参数与实施例1相同。
对比例1
与实施例1相同,只是氢气还原得到的铼粉未经真空脉冲负压氢还原+真空除气,直接进行超声筛分真空包装。
将实施例1-2、对比例1所制得的铼粉进行检测,结果如下表所示:
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种铼粉的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
将铼酸铵粉末置于容器中,放入炉内,通入干燥净化后的空气,煅烧,获得氧化铼粉末;然后通入氢气,将氧化铼还原;
然后将氢气还原后的物料连同容器置于真空炉中,进行氢气脉冲还原,还原结束后,保持真空利用容器内的余热,进行真空除气;
将除气后的铼粉进行超声破碎,并筛分,得到成品铼粉。
2.根据权利要求1所述的铼粉的制备方法,其特征在于,干燥净化后的流量控制在3~5m3/h。
3.根据权利要求1所述的铼粉的制备方法,其特征在于,氢气为含水汽活化氢气,水汽由去离子水或高纯水经超声雾化制得,通过氢气载气通入炉内对铼酸铵进行还原。
4.根据权利要求3所述的铼粉的制备方法,其特征在于,氢气纯度不低于99.9995%,流量为4~7m3/h,水汽超声雾化功率为50~200W。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的铼粉的制备方法,其特征在于,煅烧分为两段进行,第一段温度为150~250℃,时间为1~3h;第二段温度为250~350℃,时间为1~3h。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的铼粉的制备方法,其特征在于,氢气还原分两段进行,第一段温度为350~450℃,时间为1~4h;第二段温度为500~650℃,时间为1~4h。
7.根据权利要求1所述的铼粉的制备方法,其特征在于,将氢气还原后的物料连同容器置于真空炉中,控制炉内温度为600~750℃,真空度≤10-3Pa,向炉内通入氢气,至炉内压力达到1000~3000Pa,保持通入氢气后的压力并保温0.5~1h,然后抽真空恢复原有真空度,再次通入氢气,重复2~4次;结束后抽真空至真空度≤10-3Pa,利用容器内的余热,进行真空除气。
8.根据权利要求1所述的铼粉的制备方法,其特征在于,超声破碎和筛分在氩气保护下进行,氩气纯度不低于99.9995%,超声功率为2000~5000W。
9.根据权利要求1所述的铼粉的制备方法,其特征在于,铼酸铵粉末纯度在99.9999%以上,粒度为1~50μm;铼酸铵粉末在容器内的装料高度为50~80mm。
10.根据权利要求1所述的铼粉的制备方法,其特征在于,还包括将成品铼粉进行真空包装的步骤。
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