CN1579680A - 制备纳米级锆金属粉末的工艺方法 - Google Patents

制备纳米级锆金属粉末的工艺方法 Download PDF

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尉秀英
秦光荣
詹锋
杜军
蒋利军
苑鹏
王志刚
郑强
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Abstract

本发明公开了一种制备纳米级锆金属粉末的工艺方法。该工艺方法包括下述步骤：(1)将锆金属粉末装入球磨罐；(2)往球磨罐放入磨球；(3)往球磨罐倒入研磨介质，直到完全覆盖金属粉末，研磨介质为：无水乙醇或丙酮；(4)往球磨罐内充入惰性气体，密封待磨；(5)将球磨罐装入高能球磨机内进行球磨，球磨时间为：3h～30h；(6)球磨结束，在充有惰性气体的手套箱内将锆金属粉末取出，并在真空条件下烘干；(7)烘干结束后，用充惰性气体钝化，钝化结束后，即制成纳米级锆金属粉末。本发明的优点：工艺操作简单，效率高，不发生氢化，所获得的纳米锆金属粉末具有良好的粒径均匀性。

Description

制备纳米级锆金属粉末的工艺方法
技术领域
本发明涉及一种制备纳米级锆金属粉末的工艺方法。
背景技术
随着纳米科学技术的发展，纳米材料的研究也愈来愈深入，各种金属纳米材料的制备方法也随之不断问世。但纳米锆金属粉末的制备方法还处在起步阶段，国内外对纳米级锆金属粉末的具体工艺流程和工艺参数未见详细报导。
随着科技和国防军工事业的迅速发展，对电真空器件，尤其是特殊电真空管器件用功能材料的要求越来越高，而锆金属粉末是众多功能材料的主要原料，其粉末颗粒尺寸的大小对功能材料的性能起着至关重要的作用。目前锆金属粉末主要通过钙还原法和氢化法的制备，这两种制备方法生产的锆金属粉末的颗粒尺寸最细也仅能达到微米级，一般在几十微米。最近也出现了氢化球磨法制备纳米金属材料的方法，用此种方法制备的锆金属粉末，虽然颗粒尺寸也能达到纳米级，但由于在其制备过程中发生氢化，所制备的粉末为氢化锆，为获得高纯度的锆金属粉末，则必须在温度为680℃～800℃、真空度高于5×10-3Pa的条件下进行长时间的脱氢，实际操作比较困难，工艺复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备纳米级锆金属粉末的工艺方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种生产制备纳米级高纯度锆金属粉末的工艺方法，该工艺方法包括下述步骤：
(1)将锆金属粉末装入球磨罐；
(2)往球磨罐放入磨球；
(3)往球磨罐倒入研磨介质，直到完全覆盖金属粉末，研磨介质为：无水乙醇或丙酮；
(4)往球磨罐内充入惰性气体，密封待磨；
(5)将球磨罐装入高能球磨机内进行球磨，球磨时间为：3h～30h；
(6)球磨结束，在充有惰性气体的手套箱内将锆金属粉末取出，并在真空条件下烘干；
(7)烘干结束后，用充惰性气体钝化，钝化结束后，即制成纳米级锆金属粉末。
为了制备出纳米级锆金属粉末，提高生产效率和锆金属粉末质量，本发明采用了高能球磨法，在惰性气体的保护下采用湿磨的方式进行研磨制备纳米级锆粉。
高能球磨法是利用球磨机的转动或振动使硬球对原料进行强烈的撞击、研磨和搅拌，把金属或合金粉末粉碎为纳米级粉末的方法。高能球磨与传统筒式球磨的不同之处是磨球的运动速度较大，不受临界转速的限制，能量利用率大大提高。
高能球磨法一般采用干磨方式进行研磨，在研磨过程中粉末会大量粘接在球上，使磨球继续转动困难，直至发生卡球现象；再且由于锆金属粉末活性较强，颗粒度过细与空气接触将发生自燃现象，同时，研磨过程中粉末晶粒度细小，表面活性大，更容易吸氧发生氧化反应，因此，采用惰性气体保护下以湿磨的方式进行，研磨介质采用无水乙醇或者丙酮。
球磨时间要有一定的限制，球磨时间为：3h～30h。时间过短，少于3h，所得的粉末未能充分细化；时间过长，超过30h，易将磨球中有害杂质带入锆金属粉末中，从而影响锆金属粉末的纯度。
在所述的步骤(1)中，所用的锆金属粉末为钙还原法生产制备的电真空锆粉末。
在所述的步骤(1)中，所用的锆金属粉末的颗粒度为：30μm～100μm。
在所述的步骤(6)中，烘干的温度为：40～60℃。
在所述的步骤(7)中，钝化的时间在5小时以上。
在所述的步骤(2)中，磨球和锆金属粉末的球料重量比为：1∶3～1∶10。
高能球磨球料比在一定程度也影响着研磨效率。在一定范围内，增加装球量能提高研磨效率，当转速一定时，球料过少，容易发生滑动，使研磨效率降低；但当球料过多，球层之间干扰大，会破坏球体之间的正常循环，从而导致降低研磨效率。
在所述的步骤(5)中，高能球磨机的转速为1425～1725转/分。
在所述的步骤(2)中，所用的磨球材质为：硬质合金或玛瑙。
在球磨过程中，如需要对金属粉末的颗粒尺寸进行监控，可根据需要在充有惰性气体的手套箱内打开球磨罐进行监测。如需重新开始球磨时应重复(4)、(5)步骤。
本发明制备工艺具有的优点：
(1)工艺操作简单，效率高，在整个制备过程中不发生氢化，无须再经过高温脱氢，节约能源，而且锆粉不受其它杂气的污染，能保持原来纯度不变。
(2)所获得的纳米锆金属粉末具有良好的粒径均匀性。
下面结合实例对本发明制备工艺的实施方式及优点作进一步描述。
具体实施方式
实施例1
使用颗粒度为-400目(37μm)的钙还原法电真空级锆粉为原料，球料重量配比采用1∶4的比例，以无水乙醇作为研磨介质，研磨球材质为玛瑙，充入氩气作为保护气体，高能球磨机的转速为1425转/分，球磨时间分别为6h、12h。按照上述本发明的操作步骤进行高能球磨、烘干和钝化。烘干的温度为50℃，钝化的时间为5小时。即获得采用本发明制备工艺所制备的两种纳米级颗粒度锆金属粉末，它们的颗粒尺寸分别为47nm和26nm。
实施例2
同样使用颗粒度为-400目(37μm)的电真空级锆粉为原料，球料重量配比采用1∶8的比例，以丙酮作为研磨介质，研磨球材质为硬质合金，合金牌号为YG8。装料后球磨罐充Ar气保护，高能球磨机的转速为1725转/分，，球磨时间为20h。按照本发明制备工艺的操作步骤进行高能球磨、烘干和钝化。烘干的温度为50℃，钝化的时间为5小时。即获得采用本发明制备工艺所制备的另一种纳米级颗粒度锆金属粉末，其颗粒尺寸只有10nm。

Claims (8)

1、一种制备纳米级锆金属粉末的工艺方法，其特征在于：该工艺方法包括下述步骤：
(1)将锆金属粉末装入球磨罐；
(2)往球磨罐放入磨球；
(3)往球磨罐倒入研磨介质，直到完全覆盖金属粉末，研磨介质为：无水乙醇或丙酮；
(4)往球磨罐内充入惰性气体，密封待磨；
(5)将球磨罐装入高能球磨机内进行球磨，球磨时间为：3h～30h；
(6)球磨结束，在充有惰性气体的手套箱内将锆金属粉末取出，并在真空条件下烘干；
(7)烘干结束后，用充惰性气体钝化，钝化结束后，即制成纳米级锆金属粉末。
2、根据权利要求1所述的制备纳米级锆金属粉末的工艺方法，其特征在于：在所述的步骤(1)中，所用的锆金属粉末为钙还原法生产制备的电真空锆粉末。
3、根据权利要求1或2所述的制备纳米级锆金属粉末的工艺方法，其特征在于：在所述的步骤(1)中，所用的锆金属粉末的颗粒度为：30μm～100μm
4、根据权利要求1所述的制备纳米级锆金属粉末的工艺方法，其特征在于：在所述的步骤(6)中，烘干的温度为：40～60℃。
5、根据权利要求1所述的制备纳米级锆金属粉末的工艺方法，其特征在于：在所述的步骤(7)中，钝化的时间在5小时以上。
6、根据权利要求1所述的制备纳米级锆金属粉末的工艺方法，其特征在于：在所述的步骤(2)中，磨球和锆金属粉末的球料重量比为：1∶3～1∶10
7、根据权利要求1所述的制备纳米级锆金属粉末的工艺方法，其特征在于：在所述的步骤(5)中，高能球磨机的转速为1425～1725转/分。
8、根据权利要求1所述的制备纳米级锆金属粉末的工艺方法，其特征在于：在所述的步骤(2)中，所用的磨球材质为：硬质合金或玛瑙。
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