RU2432231C2 - Method of producing metal nano-sized powders - Google Patents

Method of producing metal nano-sized powders Download PDF

Info

Publication number
RU2432231C2
RU2432231C2 RU2009126321/02A RU2009126321A RU2432231C2 RU 2432231 C2 RU2432231 C2 RU 2432231C2 RU 2009126321/02 A RU2009126321/02 A RU 2009126321/02A RU 2009126321 A RU2009126321 A RU 2009126321A RU 2432231 C2 RU2432231 C2 RU 2432231C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
metal
inert gas
source metal
powder
series
Prior art date
Application number
RU2009126321/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009126321A (en
Inventor
Сергей Прокопьевич Бардаханов (RU)
Сергей Прокопьевич Бардаханов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Бардаханов"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Бардаханов" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Бардаханов"
Priority to RU2009126321/02A priority Critical patent/RU2432231C2/en
Publication of RU2009126321A publication Critical patent/RU2009126321A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2432231C2 publication Critical patent/RU2432231C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: process engineering.
SUBSTANCE: invention relates to production of metal nano-sized powders. Proposed method comprises heating initial metal in inert gas flow to initial metal evaporation temperature and extracting metal powder from said flow at temperature lower than that of initial metal fusion point. Initial metal is heated by electron beam with energy of 0.4-3.0 MeV and power not lower than 200 kW at pressure approximating to atmospheric pressure and inert gas flow rate making 0.5-25000 l/min.
EFFECT: industrial production of high-purity metal nanopowders.
12 cl, 2 dwg, 9 ex

Description

Изобретение относится к технологиям производства металлических порошков, имеющих размер фракции, выражаемый в наноединицах, и может быть использовано для производства порошков чистых металлов: железа, меди, никеля, кобальта, вольфрама, молибдена и других элементов, а также металлических сплавов в химической промышленности, порошковой металлургии и других областях промышленности.The invention relates to technologies for the production of metal powders having a fraction size expressed in nano units and can be used to produce powders of pure metals: iron, copper, nickel, cobalt, tungsten, molybdenum and other elements, as well as metal alloys in the chemical industry, powder metallurgy and other industries.

В настоящее время металлические наноразмерные порошки получают в основном двумя способами: химическим, включающим осаждение в водных растворах и восстановление порошка из оксидов и гидроксидов металлов, и физическим, включающим испарение металла и последующую его конденсацию.Currently, metal nanosized powders are obtained mainly in two ways: chemical, including precipitation in aqueous solutions and reduction of the powder from metal oxides and hydroxides, and physical, including the evaporation of the metal and its subsequent condensation.

Например, известен химический способ получения металлических наноразмерных порошков, основанный на реакции получения гидроксидов металлов с последующей их дегидратацией и восстановлением [Гаврилов О.С., Волкогон Г.М. и др. «Технологический процесс получения металлических нанопорошков химико-металлургическим способом» Первый Международный форум по нанотехнологиям, 2008 г, http://newrusnano.explosion.ru/]. В соответствии с этим способом соли металлов: хлориды, сульфаты, сульфиды, после просева и, при необходимости, дробления предварительно растворяют в воде и затем в раствор соли подают раствор реагента - гидрида Na, ровным тонким слоем с целью обеспечения оптимального течения реакции образования гидроксида соответствующего металла. Далее полученную суспензию фильтруют и подвергают дегидратации в сушильной установке. Заключительный этап - восстановление гидроксидов металлов до металлических наноразмерных частиц - осуществляют в электрической печи при температуре 1000°С. С целью пассивации полученный порошок помещают в азотную среду.For example, a chemical method for producing metal nanosized powders is known, based on the reaction for producing metal hydroxides with their subsequent dehydration and reduction [Gavrilov OS, Volkogon G.M. et al. “Technological process for producing metal nanopowders by the chemical-metallurgical method”, First International Forum on Nanotechnologies, 2008, http://newrusnano.explosion.ru/]. In accordance with this method, metal salts: chlorides, sulfates, sulfides, after sifting and, if necessary, crushing, are pre-dissolved in water and then a solution of the reagent Na hydride is fed into the salt solution in an even thin layer in order to ensure the optimal flow of the corresponding hydroxide formation reaction metal. Next, the resulting suspension is filtered and subjected to dehydration in a drying unit. The final stage - the reduction of metal hydroxides to metal nanosized particles - is carried out in an electric furnace at a temperature of 1000 ° C. For the purpose of passivation, the resulting powder is placed in a nitrogen atmosphere.

Известен способ получения порошка никеля путем восстановления основного карбоната никеля в водной среде при температуре 80-90°С, в соответствии с которым восстановление осуществляют водным раствором гидразин-гидрата с концентрацией гидразина не менее 4 моль/л при мольном отношении гидразина к никелю не менее 1,3 [Патент РФ №2102191].A known method of producing nickel powder by reducing basic nickel carbonate in an aqueous medium at a temperature of 80-90 ° C, in accordance with which the restoration is carried out with an aqueous solution of hydrazine hydrate with a hydrazine concentration of at least 4 mol / l with a molar ratio of hydrazine to nickel of at least 1 , 3 [RF Patent No. 2102191].

Известен способ получения наноразмерных порошков железа, меди, никеля, кобальта, вольфрама, молибдена и металлических сплавов, который включает химическое осаждение, по меньшей мере, одного гидроксида металла раствором щелочи с образованием суспензии, диафильтрацию полученной суспензии с отделением раствора по меньшей мере одного гидроксида металла, его дегидратацию, предварительный нагрев по меньшей мере одного гидроксида металла и его восстановление с получением металлического порошка и последующую пассивацию указанного порошка, при этом одновременно с диафильтрацией осуществляют сорбционную очистку суспензии, а восстановление гидрооксида металла и пассивацию металлического порошка осуществляют при активном перемешивании материала [Патент РФ №2170647]. Способ позволяет получить наноразмерный металлический порошок со структурой частиц, обладающих низким уровнем искажений и отсутствием протяженных дефектов, а также высокочистый металлический порошок, состоящий из частиц монодисперсного состояния при сохранении узкого фракционного состава и заданной морфологии, и обеспечивает возможность регулирования дисперсности на всех стадиях технологического процесса.A known method of producing nanosized powders of iron, copper, nickel, cobalt, tungsten, molybdenum and metal alloys, which includes chemical precipitation of at least one metal hydroxide with an alkali solution to form a suspension, diafiltration of the resulting suspension with separation of the solution of at least one metal hydroxide , its dehydration, preheating of at least one metal hydroxide and its reduction to obtain a metal powder and the subsequent passivation of the specified powder, When this diafiltration is carried out simultaneously with the purification sorption slurry and reduction of the metal hydroxide and passivation of the metal powder is carried out under vigorous stirring of the material [RF patent №2170647]. The method allows to obtain a nanoscale metal powder with a structure of particles having a low level of distortion and the absence of extended defects, as well as a high-purity metal powder consisting of particles of a monodisperse state while maintaining a narrow fractional composition and a given morphology, and provides the ability to control dispersion at all stages of the technological process.

Известен способ получения наноразмерного металлического порошка, включающий вызывание плазменного разряда в воде при высоком давлении между двумя электродами, один из которых выполнен из элементарного металла. Плазменный разряд осуществляют таким образом, чтобы вызвать испарение ионов металла и контактирование образовавшегося пара с водой, чтобы превратить ионы металла в металлический порошок [Патент США №7300491]. Таким способом получают порошки титана, циркония, германия, олова, золота, серебра или платины.A known method of producing nanoscale metal powder, comprising causing a plasma discharge in water at high pressure between two electrodes, one of which is made of elemental metal. Plasma discharge is carried out in such a way as to cause the evaporation of metal ions and contacting the formed vapor with water in order to turn metal ions into metal powder [US Patent No. 7300491]. In this way, powders of titanium, zirconium, germanium, tin, gold, silver or platinum are obtained.

Известен способ получения наноструктурированного металлического порошка, в котором используют металлическую проволоку как источник металла, две проволоки как электроды; между которыми осуществляют электрический арочный разряд, чтобы расплавить концы металлической проволоки и получить расплав, который преобразуют в капли распыляющим устройством, причем температуру поддерживают между температурой плавления и температурой кипения, чтобы избежать испарения капель. Капли металла закаливают посредством охлаждения в циклонном устройстве таким образом, чтобы каждая капля немедленно отвердевала, образуя наноразмерную сферу [Патент США №7431750].A known method of producing nanostructured metal powder, which use a metal wire as a source of metal, two wires as electrodes; between which an electric arched discharge is carried out in order to melt the ends of the metal wire and obtain a melt, which is converted into droplets by a spray device, the temperature being maintained between the melting point and the boiling point in order to avoid evaporation of the droplets. Drops of metal are quenched by cooling in a cyclone device so that each drop immediately solidifies, forming a nanoscale sphere [US Patent No. 7431750].

Известен способ получения металлического наноразмерного порошка, включающий плавление металла, имеющего форму проволоки, электрическим дуговым разрядом, формирование капель расплавленного металла в специальном устройстве и охлаждение, причем температуру дугового разряда поддерживают таким образом, чтобы избежать испарения металла, а охлаждение производят в устройстве таким образом, чтобы капли металла мгновенно отвердевали с образованием сферического порошка с размером частиц приблизительно 500 нм [Патент США №734157].A known method of producing a metal nanosized powder, comprising melting a metal having the form of a wire by an electric arc discharge, forming drops of molten metal in a special device and cooling, the temperature of the arc discharge being maintained in such a way as to avoid evaporation of the metal, and cooling is carried out in the device in such a way so that the metal droplets instantly solidify to form a spherical powder with a particle size of approximately 500 nm [US Patent No. 734157].

Известен способ получения наноразмерных металлических порошков, в соответствии с которым металл испаряют путем нагревания его в испарителе, имеющем форму трубчатой печи. При этом через испаритель пропускают поток инертного газа, который захватывает и выносит из испарителя пары металла. Далее инертный газ быстро охлаждают - закаливают, в водяном трубчатом теплообменнике, в результате чего пары металла превращаются в металлический порошок с наноразмерной фракцией [К.Wegner, В.Walker, S.Tsantilis, S.Pratsinis «Design of metal nanoparticle synthesis vapor flow condensation» Chemical Engineering Science №57, 2002]. Этот способ является ближайшим аналогом предлагаемого способа и принят за прототип изобретения.A known method of producing nanosized metal powders, in accordance with which the metal is evaporated by heating it in an evaporator having the form of a tubular furnace. In this case, an inert gas stream is passed through the evaporator, which traps and carries metal vapor from the evaporator. Then the inert gas is quickly cooled - quenched in a water tubular heat exchanger, as a result of which the metal vapor turns into a metal powder with a nanoscale fraction [K.Wegner, B. Walker, S. Tsantilis, S. Pratsinis “Design of metal nanoparticle synthesis generation flow condensation "Chemical Engineering Science No. 57, 2002]. This method is the closest analogue of the proposed method and adopted as a prototype of the invention.

Недостатком прототипа является его низкая производительность, что препятствует получению металлических наноразмерных порошков в промышленных масштабах. Кроме того, стенки печи при высоких температурах могут выделять ионы материалов, загрязняющих атмосферу и конечный продукт - порошок металла.The disadvantage of the prototype is its low productivity, which prevents the production of metal nanoscale powders on an industrial scale. In addition, the furnace walls at high temperatures can release ions of materials that pollute the atmosphere and the final product is metal powder.

Изобретение решает задачу создания способа получения металлических наноразмерных порошков, позволяющего получать такие порошки в больших масштабах и обеспечивающего высокую чистоту получаемых металлических наноразмерных порошков.The invention solves the problem of creating a method for producing metal nanoscale powders, which allows to obtain such powders on a large scale and provides high purity of the obtained metal nanoscale powders.

Поставленная задача решается тем, что предлагается способ получения металлического наноразмерного порошка, включающий нагревание исходного металла в потоке инертного газа до температуры испарения исходного металла с образованием паров металла в потоке инертного газа и выделение из названного потока инертного газа металлического порошка при температуре ниже температуры плавления исходного металла, в котором нагревание исходного металла осуществляют пучком электронов, обладающим энергией 0,4-3 МэВ и мощностью не более 200 кВт, при давлении, близком к атмосферному, и расходе потока инертного газа 0,5-25000 л/мин.The problem is solved in that a method for producing a metal nanoscale powder is proposed, comprising heating the source metal in an inert gas stream to the temperature of evaporation of the source metal with the formation of metal vapor in the inert gas stream and recovering the metal powder from the inert gas stream at a temperature below the melting temperature of the source metal , in which the heating of the source metal is carried out by an electron beam having an energy of 0.4-3 MeV and a power of not more than 200 kW, at a pressure close to atmospheric, and an inert gas flow rate of 0.5-25000 l / min.

Пучок электронов преимущественно генерируют ускорителем электронов.The electron beam is mainly generated by an electron accelerator.

В качестве инертного газа может использоваться любой из известных инертных газов, например аргон, гелий, неон, криптон, ксенон, углекислый газ или их смесь.As the inert gas, any of the known inert gases can be used, for example argon, helium, neon, krypton, xenon, carbon dioxide, or a mixture thereof.

Расход потока инертного газа зависит от исходного металла, его температуры кипения, энергии и мощности пучка электронов.The inert gas flow rate depends on the source metal, its boiling point, energy and power of the electron beam.

В качестве металла могут использоваться металлы, относящиеся к I, II, III, IV, V, VI, VII, VIII группам Периодической таблицы, а именно:As the metal can be used metals belonging to I, II, III, IV, V, VI, VII, VIII groups of the Periodic table, namely:

I группа - медь (Cu), серебро (Ag), золото (Au);Group I - copper (Cu), silver (Ag), gold (Au);

II группа - бериллий (Be), магний (Mg), кальций (Са), цинк (Zn), стронций (Sr), кадмий (Cd), барий (Ва), радий (Ra);Group II - beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), zinc (Zn), strontium (Sr), cadmium (Cd), barium (Ba), radium (Ra);

III группа - алюминий (Al), скандий (Sc), галлий (Ga), иттрий (Y), индий (In), лантан (La), включая лантаноиды церий (Се), празеодим (Pr), неодим (Nd), прометий (Pm), самарий - (Sm), европий (Eu), гадолиний (Gd), тербий (Tb), диспрозий (Dy), гольмий (Но), эрбий (Er), тулий (Tm), иттербий (Yb), лютеций (Lu); включая из актиноидов торий (Th) и уран (U);Group III - aluminum (Al), scandium (Sc), gallium (Ga), yttrium (Y), indium (In), lanthanum (La), including cerium (Ce) lanthanides, praseodymium (Pr), neodymium (Nd), promethium (Pm), samarium - (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb) lutetium (Lu); including from actinides, thorium (Th) and uranium (U);

IV группа - кремний (Si), титан (Tl), германий (Ge), цирконий (Zr), олово (Sn), гафний (Hf), свинец (Pb);Group IV - silicon (Si), titanium (Tl), germanium (Ge), zirconium (Zr), tin (Sn), hafnium (Hf), lead (Pb);

V группа - ванадий (V), ниобий (Nb), сурьма (Sb), тантал (Та), висмут (Bi);V group - vanadium (V), niobium (Nb), antimony (Sb), tantalum (Ta), bismuth (Bi);

VI группа - хром (Cr), молибден (Мо), вольфрам (W), полоний (Ро);Group VI - chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W), polonium (Po);

VII группа - марганец (Mn), технеций (Тс), рений (Re);VII group - manganese (Mn), technetium (Tc), rhenium (Re);

VIII группа - железо (Fe), кобальт (Со), никель (Ni), рутений (Ru), родий (Rh), палладий (Pd), осмий (Os), иридий (Ir), платина (Pt).Group VIII - iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium (Os), iridium (Ir), platinum (Pt).

Для получения порошка из металлического сплава в качестве исходного металла используют по меньшей мере два металла, которые нагревают совместно.To obtain a powder from a metal alloy, at least two metals that are heated together are used as the starting metal.

На фиг.1 показан внешний вид получаемого при реализации способа наноразмерного порошка серебра, а на фиг.2 показан внешний вид получаемого наноразмерного порошка вольфрама.Figure 1 shows the appearance of the nanosized silver powder obtained by implementing the method, and figure 2 shows the appearance of the obtained nanosized tungsten powder.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.The proposed method is as follows.

Твердый исходный материал - металл в виде монолита или крупных кусков - помещают в испарительную камеру и направляют на его поверхность концентрированный пучок электронов с энергией 0,4-3 МэВ и мощностью не более 200 кВт, значения которых зависят от температуры кипения обрабатываемого металла. Концентрированный пучок электронов генерирует ускоритель электронов. В результате воздействия по меньшей мере часть металла обрабатываемой поверхности переходит в парообразное состояние. Одновременно с воздействием на поверхность металла электронным пучком в испарительную камеру подают инертный газ, поддерживая давление в испарительной камере, близкое к атмосферному давлению. Поток инертного газа имеет расход в пределах 0,5-25000 л/мин и зависит от температуры плавления металла и мощности электронного пучка. Поток инертного газа захватывает частицы паров металла - молекулы и ионы, находящегося в парогазовом состоянии, и уносит их из зоны испарения. Поскольку температура инертного газа ниже, чем температура в месте плавления исходного металла, уже в потоке инертного газа происходит выделение порошка металла и их быстрое отвердевание. Поэтому поток газа может быть направлен из испарительной камеры либо в камеру охлаждения, либо непосредственно в накопительный бункер.The solid source material - metal in the form of a monolith or large pieces - is placed in the evaporation chamber and a concentrated electron beam with an energy of 0.4-3 MeV and a power of not more than 200 kW, the values of which depend on the boiling temperature of the treated metal, is sent to its surface. A concentrated electron beam generates an electron accelerator. As a result of exposure, at least a portion of the metal of the surface to be treated passes into a vaporous state. Simultaneously with the action of an electron beam on the metal surface, an inert gas is supplied to the evaporation chamber, maintaining the pressure in the evaporation chamber close to atmospheric pressure. The inert gas flow has a flow rate in the range of 0.5-25000 l / min and depends on the melting temperature of the metal and the power of the electron beam. The inert gas stream captures particles of metal vapor - molecules and ions in the vapor-gas state, and carries them away from the evaporation zone. Since the temperature of the inert gas is lower than the temperature at the melting point of the starting metal, metal powder is precipitated already in the inert gas stream and rapidly solidifies. Therefore, the gas flow can be directed from the evaporation chamber either to the cooling chamber, or directly to the storage hopper.

Этот способ позволяет получать наноразмерные порошки в промышленных масштабах ввиду большой производительности электронного пучка и при этом порошки отличаются высокой чистотой, так как в атмосферу инертного газа не попадает никаких инородных включений.This method allows to obtain nanosized powders on an industrial scale due to the high productivity of the electron beam and the powders are of high purity, since no foreign inclusions enter the inert gas atmosphere.

Пример 1Example 1

Образец металла - серебра, относящегося к I группе Периодической таблицы, помещают в испарительную камеру. В испарительную камеру подают инертный газ аргон в форме потока, движущегося с расходом 0,5-50 литров в минуту. На поверхность металла воздействуют пучком электронов от ускорителя электронов мощностью 5-130 кВт. Под действием пучка электронов поверхность нагревается до температуры парообразования. Образуются пары серебра, которые захватываются потоком инертного газа и вместе с ним движутся к выходу из испарительной камеры. Поскольку температура инертного газа ниже точки плавления серебра, из паров серебра осаждается наноразмерный порошок серебра. Наноразмерный порошок потоком инертного газа уносится в накопительный бункер, где охлаждается естественным образом. В результате получаются порошки со средними размерами наночастиц от 5 до 200 нанометров (фиг.1) с производительностью до двух килограммов в час.A sample of metal - silver, belonging to group I of the Periodic table, is placed in the evaporation chamber. An inert argon gas is supplied to the evaporation chamber in the form of a stream moving at a rate of 0.5-50 liters per minute. The metal surface is affected by an electron beam from an electron accelerator with a power of 5-130 kW. Under the influence of an electron beam, the surface heats up to the temperature of vaporization. Silver vapors are formed, which are captured by a stream of inert gas and together with it move to the exit of the evaporation chamber. Since the temperature of the inert gas is lower than the melting point of silver, nanosized silver powder is deposited from silver vapor. The nanosized powder is carried away by a stream of inert gas into the storage hopper, where it is naturally cooled. The result is powders with average nanoparticle sizes from 5 to 200 nanometers (FIG. 1) with a capacity of up to two kilograms per hour.

Пример 2Example 2

Образец металла - цинка, относящегося к II группе Периодической таблицы, помещают в испарительную камеру. В испарительную камеру подают инертный газ аргон в форме потока, движущегося с расходом 0,5-20 литров в минуту. На поверхность металла воздействуют пучком электронов от ускорителя электронов мощностью 5-50 кВт. Под действием пучка электронов поверхность нагревается до температуры парообразования. Образуются пары цинка, которые захватываются потоком инертного газа и вместе с ним движутся к выходу из испарительной камеры. Поскольку температура инертного газа ниже точки плавления цинка, из паров цинка осаждается наноразмерный порошок цинка. Наноразмерный порошок потоком инертного газа уносится в накопительный бункер, где охлаждается естественным образом. В результате получаются порошки со средними размерами наночастиц от 15 до 100 нанометров с производительностью до двадцати килограммов в час.A sample of metal - zinc, belonging to group II of the Periodic table, is placed in an evaporation chamber. An inert argon gas is supplied to the evaporation chamber in the form of a stream moving at a flow rate of 0.5-20 liters per minute. A metal beam is applied to the metal surface from an electron accelerator with a power of 5-50 kW. Under the influence of an electron beam, the surface heats up to the temperature of vaporization. Zinc vapor forms, which are captured by a stream of inert gas and with it move to the exit of the evaporation chamber. Since the temperature of the inert gas is below the melting point of zinc, nanosized zinc powder precipitates from zinc vapor. The nanosized powder is carried away by a stream of inert gas into the storage hopper, where it is naturally cooled. The result is powders with average nanoparticle sizes from 15 to 100 nanometers with a capacity of up to twenty kilograms per hour.

Пример 3Example 3

Образец металла - алюминия, относящегося к III группе Периодической таблицы, помещают в испарительную камеру. В испарительную камеру подают инертный газ аргон в форме потока, движущегося с расходом 1-30 литров в минуту. На поверхность металла воздействуют пучком электронов от ускорителя электронов мощностью 5-100 кВт. Под действием пучка электронов поверхность нагревается до температуры парообразования. Образуются пары алюминия, которые захватываются потоком инертного газа и вместе с ним движутся к выходу из испарительной камеры. Поскольку температура инертного газа ниже точки плавления алюминия, из паров алюминия осаждается наноразмерный порошок алюминия. Наноразмерный порошок потоком инертного газа уносится в накопительный бункер, где охлаждается естественным образом. В результате получаются порошки со средними размерами наночастиц от 10 до 250 нанометров с производительностью до восьми килограммов в час.A sample of metal - aluminum, belonging to group III of the Periodic table, is placed in the evaporation chamber. An inert argon gas is supplied to the evaporation chamber in the form of a stream moving at a flow rate of 1-30 liters per minute. A metal beam is applied to the metal surface from an electron accelerator with a power of 5-100 kW. Under the influence of an electron beam, the surface heats up to the temperature of vaporization. Vapors of aluminum are formed, which are captured by the inert gas flow and together with it move to the exit of the evaporation chamber. Since the temperature of the inert gas is lower than the melting point of aluminum, nanosized aluminum powder precipitates from aluminum vapor. The nanosized powder is carried away by a stream of inert gas into the storage hopper, where it is naturally cooled. The result is powders with average nanoparticle sizes from 10 to 250 nanometers with a capacity of up to eight kilograms per hour.

Пример 4Example 4

Образец металла - титана, относящегося к IV группе Периодической таблицы, помещают в испарительную камеру. В испарительную камеру подают инертный газ аргон в форме потока, движущегося с расходом 1-40 литров в минуту. На поверхность металла воздействуют пучком электронов от ускорителя электронов мощностью 5-150 кВт. Под действием пучка электронов поверхность нагревается до температуры парообразования. Образуются пары титана, которые захватываются потоком инертного газа и вместе с ним движутся к выходу из испарительной камеры. Поскольку температура инертного газа ниже точки плавления титана, из паров титана осаждается наноразмерный порошок титана. Наноразмерный порошок потоком инертного газа уносится в накопительный бункер, где охлаждается естественным образом. В результате получаются порошки со средними размерами наночастиц от 20 до 300 нанометров с производительностью до двух килограммов в час.A sample of metal - titanium, belonging to group IV of the Periodic table, is placed in an evaporation chamber. An inert argon gas is supplied to the evaporation chamber in the form of a stream moving at a rate of 1-40 liters per minute. A metal beam is applied to the metal surface from an electron accelerator with a power of 5-150 kW. Under the influence of an electron beam, the surface heats up to the temperature of vaporization. Titanium vapors are formed, which are captured by a stream of inert gas and together with it move to the exit of the evaporation chamber. Since the temperature of the inert gas is below the melting point of titanium, nanosized titanium powder is deposited from titanium vapor. The nanosized powder is carried away by a stream of inert gas into the storage hopper, where it is naturally cooled. The result is powders with average nanoparticle sizes from 20 to 300 nanometers with a productivity of up to two kilograms per hour.

Пример 5Example 5

Образец металла - тантала, относящегося к V группе Периодической таблицы, помещают в испарительную камеру. В испарительную камеру подают инертный газ аргон в форме потока, движущегося с расходом 1-50 литров в минуту. На поверхность металла воздействуют пучком электронов от ускорителя электронов мощностью 20-200 кВт. Под действием пучка электронов поверхность нагревается до температуры парообразования. Образуются пары тантала, которые захватываются потоком инертного газа и вместе с ним движутся к выходу из испарительной камеры. Поскольку температура инертного газа ниже точки плавления тантала, из паров тантала осаждается наноразмерный порошок тантала. Наноразмерный порошок потоком инертного газа уносится в накопительный бункер, где охлаждается естественным образом. В результате получаются порошки со средними размерами наночастиц от 40 до 100 нанометров с производительностью до одного килограмма в час.A sample of tantalum metal belonging to group V of the Periodic Table is placed in an evaporation chamber. An inert argon gas is supplied to the evaporation chamber in the form of a stream moving at a rate of 1-50 liters per minute. The metal surface is affected by an electron beam from an electron accelerator with a power of 20-200 kW. Under the influence of an electron beam, the surface heats up to the temperature of vaporization. Tantalum vapors are formed, which are captured by a stream of inert gas and with it move to the exit of the evaporation chamber. Since the temperature of the inert gas is lower than the melting point of tantalum, nanosized tantalum powder precipitates from tantalum vapors. The nanosized powder is carried away by a stream of inert gas into the storage hopper, where it is naturally cooled. The result is powders with average nanoparticle sizes from 40 to 100 nanometers with a productivity of up to one kilogram per hour.

Пример 6Example 6

Образец металла - вольфрама, относящегося к VI группе Периодической таблицы, помещают в испарительную камеру. В испарительную камеру подают инертный газ гелий в форме потока, движущегося с расходом 0,5-50 литров в минуту. На поверхность металла воздействуют пучком электронов от ускорителя электронов мощностью 10-200 кВт. Под действием пучка электронов поверхность нагревается до температуры парообразования. Образуются пары вольфрама, которые захватываются потоком инертного газа и вместе с ним движутся к выходу из испарительной камеры. Поскольку температура инертного газа ниже точки плавления вольфрама, из паров вольфрама осаждается наноразмерный порошок вольфрама. Наноразмерный порошок потоком инертного газа уносится в накопительный бункер, где охлаждается естественным образом. В результате получаются порошки со средними размерами наночастиц от 5 до 300 нанометров (фиг.2).A metal sample of tungsten belonging to group VI of the Periodic table is placed in an evaporation chamber. An inert gas helium is supplied to the evaporation chamber in the form of a stream moving at a rate of 0.5-50 liters per minute. The surface of the metal is affected by an electron beam from an electron accelerator with a power of 10-200 kW. Under the influence of an electron beam, the surface heats up to the temperature of vaporization. Tungsten vapors are formed, which are captured by a stream of inert gas and together with it move to the exit of the evaporation chamber. Since the temperature of the inert gas is lower than the melting point of tungsten, nanosized tungsten powder is deposited from tungsten vapor. The nanosized powder is carried away by a stream of inert gas into the storage hopper, where it is naturally cooled. The result is powders with average nanoparticle sizes from 5 to 300 nanometers (FIG. 2).

Пример 7Example 7

Образец металла - рения, относящегося к VII группе Периодической таблицы, помещают в испарительную камеру. В испарительную камеру подают инертный газ аргон в форме потока, движущегося с расходом 1-40 литров в минуту. На поверхность металла воздействуют пучком электронов от ускорителя электронов мощностью 25-200 кВт. Под действием пучка электронов поверхность нагревается до температуры парообразования. Образуются пары рения, которые захватываются потоком инертного газа и вместе с ним движутся к выходу из испарительной камеры. Поскольку температура инертного газа ниже точки плавления рения, из паров рения осаждается наноразмерный порошок рения. Наноразмерный порошок потоком инертного газа уносится в накопительный бункер, где охлаждается естественным образом. В результате получаются порошки со средними размерами наночастиц от 30 до 200 нанометров с производительностью до одного килограмма в час.A sample of metal - rhenium, belonging to group VII of the Periodic table, is placed in the evaporation chamber. An inert argon gas is supplied to the evaporation chamber in the form of a stream moving at a rate of 1-40 liters per minute. A metal beam is applied to the metal surface from an electron accelerator with a power of 25-200 kW. Under the influence of an electron beam, the surface heats up to the temperature of vaporization. Rhenium vapor forms, which are captured by a stream of inert gas and together with it move to the exit of the evaporation chamber. Since the temperature of the inert gas is lower than the melting point of rhenium, nanosized rhenium powder is deposited from rhenium vapor. The nanosized powder is carried away by a stream of inert gas into the storage hopper, where it is naturally cooled. The result is powders with average nanoparticle sizes from 30 to 200 nanometers with a capacity of up to one kilogram per hour.

Пример 8Example 8

Образец металла - никеля, относящегося к VIII группе Периодической таблицы, помещают в испарительную камеру. В испарительную камеру подают инертный газ аргон в форме потока, движущегося с расходом 0,5-50 литров в минуту. На поверхность металла воздействуют пучком электронов от ускорителя электронов мощностью 20-200 кВт. Под действием пучка электронов поверхность нагревается до температуры парообразования. Образуются пары никеля, которые захватываются потоком инертного газа и вместе с ним движутся к выходу из испарительной камеры. Поскольку температура инертного газа ниже точки плавления никеля, из паров никеля осаждается наноразмерный порошок никеля. Наноразмерный порошок потоком инертного газа уносится в накопительный бункер, где охлаждается естественным образом. В результате получаются порошки со средними размерами наночастиц от 20 до 200 нанометров с производительностью до двух килограммов в час.A sample of metal - Nickel, belonging to group VIII of the Periodic table, is placed in the evaporation chamber. An inert argon gas is supplied to the evaporation chamber in the form of a stream moving at a rate of 0.5-50 liters per minute. The metal surface is affected by an electron beam from an electron accelerator with a power of 20-200 kW. Under the influence of an electron beam, the surface heats up to the temperature of vaporization. Nickel vapors are formed, which are captured by a stream of inert gas and together with it move to the exit of the evaporation chamber. Since the temperature of the inert gas is lower than the melting point of nickel, nanosized nickel powder is deposited from nickel vapor. The nanosized powder is carried away by a stream of inert gas into the storage hopper, where it is naturally cooled. The result is powders with average nanoparticle sizes from 20 to 200 nanometers with a productivity of up to two kilograms per hour.

Пример 9Example 9

Образец сплава - никелида титана помещают в испарительную камеру. В испарительную камеру подают инертный газ гелий в форме потока, движущегося с расходом 0,5-50 литров в минуту. На поверхность металла воздействуют пучком электронов от ускорителя электронов мощностью 20-200 кВт. Под действием пучка электронов поверхность нагревается до температуры парообразования. Образуются пары элементов, составляющих сплав, которые захватываются потоком инертного газа и вместе с ним движутся к выходу из испарительной камеры. Поскольку температура инертного газа ниже точки плавления титана и никеля, из паров осаждается наноразмерный порошок сплава - никелида титана. Наноразмерный порошок потоком инертного газа уносится в накопительный бункер, где охлаждается естественным образом. В результате получаются порошки со средними размерами наночастиц от 50 до 300 нанометров с производительностью до одного килограмма в час.An alloy sample of titanium nickelide is placed in an evaporation chamber. An inert gas helium is supplied to the evaporation chamber in the form of a stream moving at a rate of 0.5-50 liters per minute. The metal surface is affected by an electron beam from an electron accelerator with a power of 20-200 kW. Under the influence of an electron beam, the surface heats up to the temperature of vaporization. A pair of elements are formed that make up the alloy, which are captured by a stream of inert gas and together with it move to the exit of the evaporation chamber. Since the temperature of the inert gas is lower than the melting point of titanium and nickel, a nanosized alloy powder, titanium nickelide, is deposited from the vapor. The nanosized powder is carried away by a stream of inert gas into the storage hopper, where it is naturally cooled. The result is powders with average nanoparticle sizes from 50 to 300 nanometers with a productivity of up to one kilogram per hour.

Claims (12)

1. Способ получения металлического наноразмерного порошка, включающий нагревание исходного металла в потоке инертного газа до температуры испарения исходного металла с образованием паров металла в потоке инертного газа и выделение из названного потока инертного газа металлического порошка при охлаждении паров металла до температуры ниже температуры плавления исходного металла, отличающийся тем, что нагревание исходного металла осуществляют пучком электронов, обладающим энергией 0,4-3 МэВ и мощностью не более 200 кВт, при давлении, близком к атмосферному, и расходе потока инертного газа 0,5-25000 л/мин.1. A method of producing a metal nanoscale powder, comprising heating the source metal in an inert gas stream to a vaporization temperature of the source metal to form metal vapor in an inert gas stream and recovering metal powder from the inert gas stream while cooling the metal vapor to a temperature below the melting temperature of the source metal, characterized in that the heating of the source metal is carried out by an electron beam having an energy of 0.4-3 MeV and a power of not more than 200 kW, at a pressure close to ohm to atmospheric, and an inert gas flow rate of 0.5-25000 l / min. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пучок электронов генерируют ускорителем электронов.2. The method according to claim 1, characterized in that the electron beam is generated by an electron accelerator. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что инертным газом является аргон, или гелий, или неон, или криптон, или ксенон, или углекислый газ, или их смесь.3. The method according to claim 1, characterized in that the inert gas is argon, or helium, or neon, or krypton, or xenon, or carbon dioxide, or a mixture thereof. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходный металл выбирают из ряда: медь, серебро, золото.4. The method according to claim 1, characterized in that the source metal is selected from the range: copper, silver, gold. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходный металл выбирают из ряда: бериллий, магний, кальций, цинк, стронций, кадмий, барий, радий.5. The method according to claim 1, characterized in that the source metal is selected from the series: beryllium, magnesium, calcium, zinc, strontium, cadmium, barium, radium. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходный металл выбирают из ряда: алюминий, скандий, галлий, иттрий, индий, лантан, церий, празеодим, неодим, прометий, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий, лютеций, торий, уран.6. The method according to claim 1, characterized in that the source metal is selected from the series: aluminum, scandium, gallium, yttrium, indium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium, thorium, uranium. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходный металл выбирают из ряда: кремний, титан, германий, цирконий, олово, гафний, свинец.7. The method according to claim 1, characterized in that the source metal is selected from the series: silicon, titanium, germanium, zirconium, tin, hafnium, lead. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходный металл выбирают из ряда: ванадий, ниобий, сурьма, тантал, висмут.8. The method according to claim 1, characterized in that the source metal is selected from the series: vanadium, niobium, antimony, tantalum, bismuth. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходный металл выбирают из ряда: хром, молибден, вольфрам, полоний.9. The method according to claim 1, characterized in that the source metal is selected from the range: chromium, molybdenum, tungsten, polonium. 10. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходный металл выбирают из ряда: марганец, технеций, рений.10. The method according to claim 1, characterized in that the source metal is selected from the series: manganese, technetium, rhenium. 11. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходный металл выбирают из ряда: железо, кобальт, никель, рутений, родий, палладий, осмий, иридий, платина.11. The method according to claim 1, characterized in that the source metal is selected from the series: iron, cobalt, nickel, ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium, platinum. 12. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходным металлом являются по меньшей мере два металла, которые нагревают совместно. 12. The method according to claim 1, characterized in that the source metal is at least two metals that are heated together.
RU2009126321/02A 2009-07-08 2009-07-08 Method of producing metal nano-sized powders RU2432231C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009126321/02A RU2432231C2 (en) 2009-07-08 2009-07-08 Method of producing metal nano-sized powders

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009126321/02A RU2432231C2 (en) 2009-07-08 2009-07-08 Method of producing metal nano-sized powders

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009126321A RU2009126321A (en) 2011-01-27
RU2432231C2 true RU2432231C2 (en) 2011-10-27

Family

ID=44998237

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009126321/02A RU2432231C2 (en) 2009-07-08 2009-07-08 Method of producing metal nano-sized powders

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2432231C2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2489232C1 (en) * 2011-12-22 2013-08-10 Общество с ограниченной ответственностью "НОРМИН" Method of producing metal nano-sized powders
RU2616920C2 (en) * 2014-12-08 2017-04-18 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт энергетических проблем химической физики им. В.Л. Тальрозе Российской академии наук ИНЭПХФ РАН им. В.Л. Тальрозе Method for obtaining the nanopowder of titanide hydride
RU2751611C1 (en) * 2020-04-15 2021-07-15 Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Дисперсные Материалы" Device for producing fine powder
RU2764445C2 (en) * 2021-05-04 2022-01-17 Виталий Евгеньевич Дьяков Method for obtaining metallic scandium

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2489232C1 (en) * 2011-12-22 2013-08-10 Общество с ограниченной ответственностью "НОРМИН" Method of producing metal nano-sized powders
RU2616920C2 (en) * 2014-12-08 2017-04-18 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт энергетических проблем химической физики им. В.Л. Тальрозе Российской академии наук ИНЭПХФ РАН им. В.Л. Тальрозе Method for obtaining the nanopowder of titanide hydride
RU2751611C1 (en) * 2020-04-15 2021-07-15 Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Дисперсные Материалы" Device for producing fine powder
RU2764445C2 (en) * 2021-05-04 2022-01-17 Виталий Евгеньевич Дьяков Method for obtaining metallic scandium

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009126321A (en) 2011-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Abid et al. Synthesis of nanomaterials using various top-down and bottom-up approaches, influencing factors, advantages, and disadvantages: A review
EP1896215B1 (en) Metal oxide nanoparticles and process for producing the same
JP3383608B2 (en) Apparatus for synthesizing nanocrystalline materials
US20030108459A1 (en) Nano powder production system
Luidold et al. Hydrogen as a reducing agent: State-of-the-art science and technology
US20040065170A1 (en) Method for producing nano-structured materials
CN111590084B (en) Preparation method of metal powder material
WO2011071225A1 (en) Production method for high purity copper powder using a thermal plasma
JP2021515105A (en) Spherical tantalum powder, products containing it, and methods for producing them
RU2432231C2 (en) Method of producing metal nano-sized powders
RU2489232C1 (en) Method of producing metal nano-sized powders
JP7398689B2 (en) Method for manufacturing composite tungsten oxide particles
KR101055991B1 (en) Method for manufacturing copper nanopowder using a transfer arc plasma apparatus
Liang et al. Synthesis, characterization, and phase stability of ultrafine TiO2 nanoparticles by pulsed laser ablation in liquid media
JP6515419B2 (en) Method of manufacturing metal oxide nanowire and nanowire
CN116056818A (en) Preparation method and application of high-purity powder material and alloy strip
US20030102207A1 (en) Method for producing nano powder
JP2004091843A (en) Manufacturing method of high purity high melting point metal powder
JP4978237B2 (en) Method for producing nickel powder
Voon et al. Synthesis and preparation of metal oxide powders
JP2004124257A (en) Metal copper particulate, and production method therefor
RU2616920C2 (en) Method for obtaining the nanopowder of titanide hydride
Lee et al. ZnO nanopowder derived from brass ash: Sintering behavior and mechanical properties
US20190022750A1 (en) Method for preparing copper metal nanopowder having uniform oxygen passivation layer by using thermal plasma, and apparatus for preparing same
Chand et al. Study of CuO nanoparticles synthesized by sol‐gel method

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150709