CN1636655A - 一种纳米镍粉的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于粉末冶金技术领域。冷冻干燥技术制备纳米镍粉的研究，至今国内外还没有相关报道。本发明特征在于包括以下步骤：将硝酸镍[Ni(NO)2·6H2O]溶液与碳酸纳[Na2CO3]溶液混合可获得沉淀，将其洗涤后，溶于氨水中，得澄清溶液；使用通用氮气喷枪，将上述澄清溶液分散在通用的液氮中预冻；将上述液氮中预冻后的冻结物置于冻干机中进行真空干燥得到前驱体；对上述干燥后的前驱体实行二次氢气还原，氢气流量为0.1立方米/小时～0.3立方米/小时，第一次在100℃～160℃还原，保温1小时～7小时；第二次加热到140℃～200℃，保温2小时～6小时。纳米镍粉在催化剂、烧结活化剂、导电浆料、电池、硬质合金等方面具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
一种纳米镍粉的制备方法，属于粉末冶金技术领域。
背景技术
镍是一种银白色的金属具有磁性、导电性和较好的化学稳定性、高温稳定性、机械稳定性。纳米镍粉由于表面活性高、表面纯度高、无微孔渗透、比表面积大，具有极大的表面效应和体积效应，是一种新型、高效、高选择性的加氢催化剂。由于具有磁性能，纳米镍粉可用作磁性材料；此外纳米镍粉对金属碳化物(如WC、TiC、TaC等)及石墨等具有良好的润湿性和很好的压制性能、烧结性能，因而是一种重要的硬质合金和金刚石胎体粘结金属粉末材料；纳米镍粉具有良好的导电性，成本低，被广泛应用于导电浆料、多层陶瓷电容器及镍镉电池等。因此纳米镍粉在催化剂、烧结活化剂、导电浆料、电池、硬质合金等方面具有广阔的应用前景。
我国有丰富的镍资源和强大的冶炼能力。汽车、电子、机械、信息产业的发展势头令世人瞩目，镍粉的应用领域不断拓宽。如能在镍粉特别是在超细镍粉的制备和应用上有进展，对充分利用资源、提高经济效益，缩短与发达国家间的差距都具有重要意义。
文献调查的结果表明，冷冻干燥技术制备纳米镍粉的研究，至今国内外还没有相关报道。
发明内容
本发明所提供的一种纳米镍粉的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：
(1)将硝酸镍[Ni(NO)2·6H2O]溶液与碳酸纳[Na2CO3]溶液混合可获得沉淀，将其洗涤后，溶于氨水中，得澄清溶液；
(2)使用通用氮气喷枪，将上述澄清溶液分散在通用的液氮中预冻；
(3)将上述液氮中预冻后的冻结物置于冻干机中进行真空干燥得到前驱体；
(4)对上述干燥后的前驱体实行二次氢气还原，氢气流量为0.1立方米/小时～0.3立方米/小时，第一次在100℃～160℃还原，保温1小时～7小时；第二次加热到140℃～200℃，保温2小时～6小时，得到纳米镍粉。
步骤(2)所述的氮气喷枪，其压力为2大气压～5大气压；步骤(3)所述的真空干燥，其中冻干机的执行程序为：在0分钟～2500分钟内的工作压力为300毫托～400毫托、温度为-20℃～-12℃；在2500分钟～3700分钟内的工作压力为150毫托～180毫托、温度为-11℃～-7℃；在3700分钟～4500分钟内的工作压力为80毫托～100毫托、温度为-3℃～0℃；在4500分钟～4700分钟内的工作压力为0毫托～10毫托、温度为15℃～25℃。
其中喷枪压力和冻干程序的技术参数要求可以根据溶液的初始浓度和数量进行相应的调整。
本发明采用液氮预冻-冷冻干燥法，可以防止溶液组分的偏析和结晶，同时得到非晶态的粉末。再通过低温两次还原，得到纳米级的晶粒尺寸的镍粉。
从图1的X衍射图谱可以知道，最终产品的物相组成仅有镍。
从图2的场发射扫描电子显微镜的图像可以看出，采用液氮预冻-冷冻干燥-氢气还原的方法获得的粉末大小分布均匀，颗粒约为50nm的粉末。
由此可知，用冻干法制备的粉体晶粒明显细化，尺寸达到纳米级，从而可提高表面活性、表面纯度、比表面积，具有极大的表面效应和体积效应。
附图说明
图1：本发明制备方法实例1的纳米粉体X衍射图谱；
图2：本发明制备方法实例1的纳米粉体FESEM像；
具体实施方式
实例1：取硝酸镍[Ni(NO)2·6H2O]绿色晶体粉末50克溶于100毫升蒸馏水得绿色澄清溶液；另将碳酸纳[Na2CO3]粉末10克溶于50毫升蒸馏水得无色澄清溶液；待两种溶液澄清后，将两者混合得浅绿色沉淀。将沉淀物用蒸馏水洗涤4次后，溶于90毫升氨水中，得深蓝色澄清溶液。使用氮气喷枪，喷枪压力为5大气压，将澄清的混合溶液分散在液氮中。再将液氮冷冻的冻结物置于FTS公司FTD Dura-stop MP型冻干机中进行真空干燥，冻干机的执行程序为：在0～2500分钟内的工作压力为300毫托、温度为-12℃；在2500～3700分钟内的工作压力为150毫托、温度为-11℃；在3700～4500分钟内的工作压力为80毫托、温度为0℃；在4500～4700分钟内的工作压力为0毫托、温度为15℃；对冻干的前驱体实行二次还原。采用氢气还原，氢气流量为0.3立方米/小时，第一次在100℃还原，保温7小时；第二次加热到200℃，保温4小时，得到晶粒尺寸为73.5nm的纳米镍粉。
实例2：取硝酸镍[Ni(NO)2·6H2O]绿色晶体粉末50克溶于100毫升蒸馏水得绿色澄清溶液；另将碳酸纳[Na2CO3]粉末10克溶于50毫升蒸馏水得无色澄清溶液；待两种溶液澄清后，将两者混合得浅绿色沉淀。将沉淀物用蒸馏水洗涤4次后，溶于90毫升氨水中，得深蓝色澄清溶液。使用氮气喷枪，喷枪压力为4大气压，将澄清的混合溶液分散在液氮中。再将液氮冷冻的冻结物置于FTS公司FTD Dura-stop MP型冻干机中进行真空干燥，冻干机的执行程序为：在0～2500分钟内的工作压力为350毫托、温度为-20℃；在2500～3700分钟内的工作压力为180毫托、温度为-10℃；在3700～4500分钟内的工作压力为100毫托、温度为-3℃；在4500～4700分钟内的工作压力为8毫托、温度为25℃；对冻干的前驱体实行二次还原。采用氢气还原，氢气流量为0.2立方米/小时，第一次在120℃还原，保温4小时；第二次加热到140℃，保温6小时，得到晶粒尺寸为35.8nm的纳米镍粉。
实例3：取硝酸镍[Ni(NO)2·6H2O]绿色晶体粉末50克溶于100毫升蒸馏水得绿色澄清溶液；另将碳酸纳[Na2CO3]粉末10克溶于50毫升蒸馏水得无色澄清溶液；待两种溶液澄清后，将两者混合得浅绿色沉淀。将沉淀物用蒸馏水洗涤4次后，溶于90毫升氨水中，得深蓝色澄清溶液。使用氮气喷枪，喷枪压力为2大气压，将澄清的混合溶液分散在液氮中。再将液氮冷冻的冻结物置于FTS公司FTD Dura-stop MP型冻干机中进行真空干燥，冻干机的执行程序为：在0～2500分钟内的工作压力为400毫托、温度为-15℃；在2500～3700分钟内的工作压力为170毫托、温度为-7℃；在3700～4500分钟内的工作压力为90毫托、温度为-1℃；在4500～4700分钟内的工作压力为5毫托、温度为20℃；对冻干的前驱体实行二次还原。采用氢气还原，氢气流量为0.1立方米/小时，第一次在140℃还原，保温3小时；第二次加热到160℃，保温3小时，得到晶粒尺寸为47.8nm的纳米镍粉。
实例4：取硝酸镍[Ni(NO)2·6H2O]绿色晶体粉末50克溶于100毫升蒸馏水得绿色澄清溶液；另将碳酸纳[Na2CO3]粉末10克溶于50毫升蒸馏水得无色澄清溶液；待两种溶液澄清后，将两者混合得浅绿色沉淀。将沉淀物用蒸馏水洗涤4次后，溶于90毫升氨水中，得深蓝色澄清溶液。使用氮气喷枪，喷枪压力为3大气压，将澄清的混合溶液分散在液氮中。再将液氮冷冻的冻结物置于FTS公司FTD Dura-stop MP型冻干机中进行真空干燥，冻干机的执行程序为：在0～2500分钟内的工作压力为350毫托、温度为-18℃；在2500～3700分钟内的工作压力为160毫托、温度为-9℃；在3700～4500分钟内的工作压力为95毫托、温度为-2℃；在4500～4700分钟内的工作压力为10毫托、温度为20℃；对冻干的前驱体实行二次还原。采用氢气还原，氢气流量为0.2立方米/小时，第一次在160℃还原，保温1小时；第二次加热到180℃，保温2小时，得到晶粒尺寸为62.5nm的纳米镍粉。
Claims (3)
1、一种纳米镍粉的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：
(1)将硝酸镍[Ni(NO)2·6H2O]溶液与碳酸纳[Na2CO3]溶液混合可获得沉淀，将其洗涤后，溶于氨水中，得澄清溶液；
(2)使用通用氮气喷枪，将上述澄清溶液分散在液氮中预冻；
(3)将上述液氮中预冻后的冻结物置于冻干机中进行真空干燥得到前驱体；
(4)对上述干燥后的前驱体实行二次氢气还原，氢气流量为0.1立方米/小时～0.3立方米/小时，第一次在100℃～160℃还原，保温1小时～7小时；第二次加热到140℃～200℃，保温2小时～6小时，得到纳米镍粉。
2、根据权利要求1所述的纳米镍粉制备方法，其特征在于：步骤(2)所述的预冻，其中氮气喷枪，其压力为2大气压～5大气压。
3、根据权利要求1所述的纳米镍粉制备方法，其特征在于：步骤(3)所述的真空干燥，其中冻干机的执行程序为：在0分钟～2500分钟内的工作压力为300毫托～400毫托、温度为-20℃～-12℃；在2500分钟～3700分钟内的工作压力为150毫托～180毫托、温度为-11℃～-7℃；在3700分钟～4500分钟内的工作压力为80毫托～100毫托、温度为-3℃～0℃；在4500分钟～4700分钟内的工作压力为0毫托～10毫托、温度为15℃～25℃。
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