JP4960556B2 - サブミクロン寸法のコバルト粉末製造用のヘテロゲナイト物質 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、コバルト化合物及びコバルト粉末を製造する方法に関する。特に、本発明は、HCoO2(ヘテロゲナイト)及びサブミクロン寸法のコバルト粉末を製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
サブミクロン粒子寸法(<1μm)のコバルト粉末は、それより大きいミクロン寸法(>1μm)の粉末よりも顕著に有利な性質を呈する。例えば、サブミクロン寸法のコバルト粒子は、タングステンカーバイドの用途においてミクロン寸法のコバルト粉末に要求される焼結温度よりもかなり低い温度で焼結適性及び物質輸送をかなり改善する。典型的には、サブミクロン寸法のコバルト金属粉末は、シュウ酸コバルト(CoC2O4)の熱分解により作られる。しかしながら、この方法は、Co(OH)3中の53.6重量%のCoと比較してCoC2O4はわずか40重量%のCoを含有するに過ぎないのであまり効率的ではない。それゆえ、水酸化コバルトのような高コバルト含有量を有する化合物を使用してサブミクロン寸法のコバルト粉末を作れば好都合である。
【0003】
米国特許4,218,240号は、Co(OH)3をFSSS値1.3〜1.4μmを有するミクロン寸法のコバルト金属粉末に変換することを教示している。溶液状の不純なCoCl2が、Co(NH3)6Cl3に変換され、次いでそれはNaOHで分解することによりCo(OH)3に変換される。コバルト粉末は、この湿潤水酸化コバルトを300〜500℃で水素中で直接還元することにより生成される。この特許は、Co(OH)3を100℃で空気乾燥して酸化第二コバルト水和物を形成することを記載しているが、コバルトを含有する沈殿物を還元する前に空気乾燥は不必要であることも教示している。サブミクロン粉末は記載されていない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、先行技術の不都合を事前に除去することである。
【0005】
本発明の別の目的は、サブミクロン寸法のコバルト金属粉末を作る高コバルト含有量前駆物質を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的に従って、少なくとも約90m2/gの表面積を有するヘテロゲナイト粉末を提供する。
【0007】
【発明の実施の形態】
本発明のよりよき理解のために、他の及び更なる目的、その利点及び性能とともに、本発明の開示を以下の図面と結びつけて参照されたい。
【0008】
ここに、湿潤水酸化コバルト沈殿物を110℃の中温で乾燥させることにより高表面積HCoO2(ヘテロゲナイト)物質が作れることが発見された。周知のBET法により測定されたときの表面積は、少なくとも約90m2/gであり、好ましくは約90m2/g〜約110m2/gであった。次いで、この高表面積HCoO2は、水素含有雰囲気下で還元されてサブミクロン寸法のコバルト金属粉末を形成する。好ましくは、HCoO2は約325℃〜約425℃の温度で0.5時間〜2.0時間にわたって還元される。その結果として生ずるコバルト金属粉末の粒子寸法は、フィッシャーのサブシーブサイザー(Fisher Sub−Sieve Sizer;FSSS)により決定して、0.4〜0.9μmの範囲である。HCoO2は約64重量%のCoを含有している。
【0009】
湿潤水酸化コバルト沈殿物は、米国特許番号4,218,240号に記載されているようにNaOHでCo(NH3)6Cl3を分解することにより作れる。約30〜32重量%のCoを含有する湿潤水酸化コバルトCo(OH)3は、化学式Co(OH)3・4H2Oにより表すことができる。室温で乾燥した後、それは、HCoO2・xH2O(ここで0<x<1)として表すことができる化合物へ変換される。室温乾燥させたCo(OH)3沈殿物は、水分子がHCoO2の層の間に存在する層状化合物である。室温乾燥させたCo(OH)3沈殿物は、110℃で加熱した後にその水分子の全てを失ってHCoO2へ変換される。この変化は、室温乾燥させたCo(OH)3沈殿物のTG−DTA曲線である図1に示されている。室温乾燥させたCo(OH)3からの水の損失は、約110℃における示差熱分析(DTA)曲線における吸熱反応のピークにより特徴付けられている。150℃以上の高い温度に更に加熱するや否や、HCoO2は、酸化コバルトCo3O4へ変換される。
【0010】
以下に非限定的な例を表す。
【0011】
【実施例】
例1
湿潤水酸化コバルトを種々の温度:周囲温度(24〜25℃)、110℃及び316℃で乾燥させた。これらの温度は、Co(OH)3の示差熱分析(DTA)に基づいて選択した。HCoO2は、110℃で湿潤Co(OH)3を加熱した後に得られた。HCoO2の存在は、X線回折(XRD)により確認された。その化合物は、約62〜63.2重量%コバルトを含み、90〜110m2/gの高表面積(BET法)を有していた。HCoO2粉末の走査電子顕微鏡写真(例えば図2)は、それが超微細粒子の凝結物を含有していることを示した。
【0012】
例2
例1において作られたHCoO2粉末を、2つのグラファイトボート中に入れ、管状炉に入れた。4℃/分の温度勾配及び2時間の還元時間を用いて、試料を水素(10SCFHの流量)中400℃で還元した。その結果生じたコバルト金属粉末は、SEM及び他の方法により特徴付けられた。コバルト粉末は、0.87μmのFSSSを有するサブミクロン寸法であった。これは、米国特許番号4,218,240号の方法に従って生成されるコバルト粒子の寸法1.3〜1.4μmよりもかなり小さい。粒子の形態を図3に表す。粒子の多孔率は0.812であり、BET表面積は1.97m2/gであった。
【0013】
例3
例1に従って作られたHCoO2粉末を、例2のように還元したが、ただし、温度勾配を用いなかった。その結果生じたコバルト粉末は、FSSSが0.78μm、多孔率が0.825、BET表面積が2.07m2/gであった。
【0014】
例4
例1に従って作られたHCoO2粉末を4℃/分の温度変化を用いて、水素(10SCFHの流量)中350℃で2時間にわたって還元した。その結果生じたコバルト粉末は、FSSSが0.65μm、多孔率が0.856、BET表面積が2.19m2/gであった。
【0015】
例5〜12
以下の例は、高表面積HCoO2から生成されるコバルト金属粉末の寸法に対する時間、温度及び水素流量の効果を示している。
【0016】
【表1】
【0017】
本発明の好ましい具体例であると目下考えられるものを示しかつ記述してきたが、一方請求項により規定された本発明の範囲を逸脱せずに、ここにおいて種々の変更及び改変を行うことができるということは、当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】室温乾燥されたCo(OH)3沈殿物のTG−DTA曲線である。
【図2】本発明のヘテロゲナイト粉末のSEM顕微鏡写真である。
【図3】本発明のヘテロゲナイト粉末から作られたサブミクロン寸法のコバルト粉末のSEM顕微鏡写真である。
Claims (3)
- 少なくとも90m2/gの表面積を有するヘテロゲナイト粉末を還元することを含む、フィッシャーのサブシーブサイザー(Fisher Sub−Sieve Sizer;FSSS)により決定される粒子寸法が0.4〜0.9μmであるコバルト粉末を作る方法。
- ヘテロゲナイト粉末が90m2/gから110m2/gの表面積を有する請求項1に記載の方法。
- ヘテロゲナイト粉末を水素含有雰囲気中で325℃から425℃の温度で、0.5時間から2.0時間にわたってヘテロゲナイト粉末を加熱することを含む請求項1又は2に記載の方法。
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