RU2480310C2 - Способ получения открытопористого наноструктурного металла - Google Patents
Способ получения открытопористого наноструктурного металла Download PDFInfo
- Publication number
- RU2480310C2 RU2480310C2 RU2011105563/02A RU2011105563A RU2480310C2 RU 2480310 C2 RU2480310 C2 RU 2480310C2 RU 2011105563/02 A RU2011105563/02 A RU 2011105563/02A RU 2011105563 A RU2011105563 A RU 2011105563A RU 2480310 C2 RU2480310 C2 RU 2480310C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- metal
- mixture
- group
- metal nitrate
- combustion
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению открытопористого наноструктурного металла. Готовят смесь на основе порошкообразного нитрата металла и жидкого органического соединения из группы гидроксисодержащих соединений в виде многоатомного спирта при следующем мольном соотношении компонентов смеси: жидкое органическое соединение / нитрат металла 1:(2÷3). Предварительно сушат нитрат металла при 130-150°С, а в составе нитрата выбирают металл из побочной подгруппы металлов 1 группы периодической системы элементов, или металл из группы железа. Подготовленную смесь помещают в ячейку, осуществляют локальное инициирование процесса горения смеси и проведение реакции СВС при постоянном отводе образующихся в результате горения газообразных продуктов. Способ обеспечивает повышение качества пористого металла за счет получения однородной наноструктуры без включений непрореагировавших реагентов, получение оптимальной равнопористости металла, а также возможность непрерывного формования сложнопрофильных изделий. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к получению пористого никеля, и может использоваться при изготовлении воздушных и жидкостных фильтров, основы нейтрализаторов, электродов, составных элементов катализаторов и носителей катализаторов.
Известен в качестве наиболее близкого по технической сущности к заявляемому способ получения пористого никеля методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) (патент РФ №02320456, МПК B22F 3/23, публ. 27.03.2008 г.), включающий предварительную подготовку компонентов шихты, содержащей порошки фенолоформальдегидной смолы и высушенного реагента (нитрата никеля), многосложную и длительную осушку органического реагента, соли никеля, перемешивание смеси.
К недостаткам известного способа относится отсутствие возможности получения достаточно однородной наноструктуры без включений непрореагировавших реагентов, т.к. избыток смолы или соли никеля приводит к появлению в металле углерода или оксида никеля соответственно.
Задачей авторов предлагаемого изобретения является разработка простого и эффективного способа получения открытопористого наноструктурного металла.
Новый технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого способа, заключается в улучшении качества пористого наноструктурного металла за счет обеспечения получения достаточно однородной наноструктуры без включений непрореагировавших реагентов вследствие испарения в процессе синтеза, по крайней мере, одного из компонентов исходной смеси, обеспечении упрощения способа, а также возможности непрерывного формования сложнопрофильных изделий.
Дополнительный технический результат заключается в обеспечении оптимальной равнопористости готового наноструктурного металла.
Указанные задача и новый технический результат обеспечиваются тем, что в известном способе получения открытопористого наноструктурного металла, включающем предварительную подготовку компонентов смеси на основе порошкообразного нитрата металла и реагента в виде газообразующего восстановителя, их смешение, последующее проведение реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) при постоянном отводе образующихся в результате горения газообразных продуктов, согласно изобретению в качестве реагента в виде газообразующего восстановителя в составе смеси используют жидкое органическое соединение из группы гидроксисодержащих соединений, например многоатомный спирт, а в составе нитрата металла, инертного к продуктам горения, выбирают металл из побочной подгруппы металлов 1 группы периодической системы элементов, или металл из группы железа, при следующем мольном соотношении компонентов смеси:
- жидкое органическое соединение / нитрат металла соответственно 1:(2÷3), перед смешением компонентов исходной смеси осуществляют сушку порошкообразного кислородсодержащего соединения металла (нитрата металла) при 130-150°С, подготовленную смесь тщательно перемешивают, помещают в ячейку и осуществляют локальное инициирование процесса горения смеси.
Кроме того, в предлагаемом способе в качестве жидкого органического восстановителя из группы гидроксисодержащих соединений используют глицерин.
Предлагаемый способ поясняется следующим образом.
Предварительно готовят исходную смесь, в качестве компонентов смеси используют порошкообразное соединения металла, инертного к продуктам горения (например, никеля), в виде нитрата металла и жидкого органического реагента как газообразующего восстановителя, в качестве последнего в составе смеси используют органический восстановитель из группы гидроксисодержащих соединений, например многоатомный спирт (глицерин), а в составе нитрата металла, инертного к продуктам горения, выбирают металл из побочной подгруппы металлов 1 группы периодической системы элементов, или металл из группы железа при следующем мольном соотношении компонентов смеси:
- жидкое гидроксисодержащее органическое соединение / нитрат металла соответственно 1:(2÷3).
Перед смешением компонентов смеси осуществляют сушку порошкообразного кислородсодержащего соединения (нитрата) металла при 130-150°С, подготовленную пластичную смесь помещают в ячейку и осуществляют локальное инициирование процесса горения смеси.
Размер частиц порошкообразного компонента смеси, обеспечивающий равномерно протекающий процесс СВС, не должен превышать 200-300 мкм.
Органический реагент - восстановитель из группы гидроксисодержащих соединений, например многоатомный спирт, перед взаимодействием с порошкообразным материалом не подвергают какой-либо предварительной подготовке, за счет чего предлагаемый способ характеризуется меньшей трудоемкостью, чем прототип. Многоатомные спирты характеризуются высоким влагопоглощением, в связи с чем перемешивание проводят быстро и в закрытой емкости.
В ходе экспериментов были выявлены заявляемые соотношения компонентов смеси, которые обеспечивают максимально доступную степень чистоты получаемого наноструктурного никеля и максимальную степень разрешения параметров структуры за счет повышения его пористости и удельной поверхности.
Указанные компоненты соединяют с последующим смешением их и помещением в ячейку из термостойкого материала, к которой подводят источник локального термоимпульса, в качестве которого используют электрический нагреватель, а проведение высокотемпературной термообработки осуществляют при температурах ~1000-1500°С, при постоянном отводе образующихся газов.
Предлагаемый способ осуществляют в режиме СВС, в основе которого лежит реакция окисления углеродсодержащего компонента смеси нитрогруппой при одновременном восстановлении химического соединения металла до металла (например, никеля).
На фиг.1 (фото) представлен электронный микроснимок образца готового материала, полученного в условиях способа прототипа, на фиг.2 (фото) представлен электронный микроснимок образца готового материала, полученного в условиях предлагаемого способа.
Из представленных фото видно, что в прототипе структура готового материала в макромасштабе имеет волокнистое строение, тогда как в полученном предлагаемым способом материале выявляются рыхлые микропленочные структуры. На наноуровне оба вида материала очень похожи.
При использовании предлагаемого способа наноструктура получаемого металла близка к структуре прототипа, но в готовом металле исключено появление углеродных включений и возможна реализация экструзионной технологии получения изделий.
Образцы полученного готового материала подвергают контрольным испытаниям.
Таким образом, при использовании предлагаемого способа обеспечивается улучшение качества металла за счет обеспечения достаточно однородной наноструктуры готового материала без включений непрореагировавших реагентов вследствие испарения в процессе синтеза, по крайней мере, одного из компонентов исходной смеси, упрощение способа, а также возможность непрерывного формования сложнопрофильных изделий.
Возможность промышленной реализации предлагаемого способа подтверждается следующими примерами конкретного исполнения.
Пример 1. В лабораторных условиях предлагаемый способ получения открытопористого наноструктурного металла (никеля) был опробован с использованием следующих условий и реагентов.
Первоначально проведена подготовка исходного порошкообразного нитрата металла, инертного к продуктам горения, для чего брали нитрат никеля в виде его 6-водного кристаллогидрата, подвергали его сушке в сушильном электрическом шкафу при температуре 130°С до потери 30% массы. Затем просушенный порошок измельчали до размера частиц не более 200 мкм в барабанной мельнице. В качестве органического реагента (газообразующего восстановителя) использовали многоатомный спирт - глицерин. Компоненты исходной смеси в соотношении 1:(2-3) соответственно тщательно перемешивали в емкости с последующим помещением в пробирку из кварцевого стекла диаметром 10 мм таким образом, чтобы пробирка была заполнена не более чем на 1/3 длины. Через открытый конец пробирки реакционную смесь поджигают кратковременным тепловым импульсом электрической спирали, нагретой до 370-800°С. В точке контакта смеси с искрой возникает фронт реакции горения (СВС), распространяющийся по смеси со скоростью ~1 м/с с выделением большого количества тепла и газообразных продуктов горения.
В условиях примера 1 опробован предлагаемый способ с использованием нитрата серебра в качестве компонента исходной смеси реагентов.
Полученный твердофазный продукт имеет структуру, состоящую из взаимосвязанных рыхло упакованных пористых пленок. Каждая пленка обладает нанокристаллической структурой со средним размером отдельных кристаллитов 75 нм. В кристаллитах представлены как наноструктурированные, так и нанофрагментированные области. Размер микроблоков составляет 10-30 нм. Анализ полученного материала показал, что он содержит 99,6 никеля (углерода 0,2%, оксида никеля 0,2%), обладает пористостью 98%. Полученный предлагаемым способом пористый наноструктурный никель обладает улучшенными параметрами структуры без включений непрореагировавших компонентов (фиг.2, фото). Таким образом, примеры показали, что реализация предлагаемого способа обеспечивает улучшение качества металла за счет обеспечения достаточно однородной наноструктуры готового материала без включений непрореагировавших реагентов вследствие испарения в процессе синтеза, по крайней мере, одного из компонентов исходной смеси, упрощение способа, а также возможность непрерывного формования сложнопрофильных изделий.
Claims (2)
1. Способ получения открытопористого наноструктурного металла, включающий предварительную подготовку компонентов смеси на основе порошкообразного нитрата металла и реагента в виде газообразующего восстановителя, их смешение, последующее проведение реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) при постоянном отводе образующихся в результате горения газообразных продуктов, отличающийся тем, что в качестве реагента в виде газообразующего восстановителя в составе смеси используют жидкое органическое соединение из группы гидроксисодержащих соединений в виде многоатомного спирта, а в составе нитрата металла, инертного к продуктам горения, выбирают металл из побочной подгруппы металлов I группы периодической системы элементов или металл из группы железа при следующем мольном соотношении компонентов шихты:
жидкое органическое соединение/нитрат металла соответственно 1:(2÷3),
а перед смешением компонентов исходной смеси осуществляют сушку порошкообразного нитрата металла при 130-150°С, подготовленную смесь помещают в ячейку и осуществляют локальное инициирование процесса горения смеси.
жидкое органическое соединение/нитрат металла соответственно 1:(2÷3),
а перед смешением компонентов исходной смеси осуществляют сушку порошкообразного нитрата металла при 130-150°С, подготовленную смесь помещают в ячейку и осуществляют локальное инициирование процесса горения смеси.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидкого органического восстановителя из группы гидроксисодержащих соединений используют глицерин.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011105563/02A RU2480310C2 (ru) | 2011-02-14 | 2011-02-14 | Способ получения открытопористого наноструктурного металла |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011105563/02A RU2480310C2 (ru) | 2011-02-14 | 2011-02-14 | Способ получения открытопористого наноструктурного металла |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011105563A RU2011105563A (ru) | 2012-08-20 |
RU2480310C2 true RU2480310C2 (ru) | 2013-04-27 |
Family
ID=46936315
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011105563/02A RU2480310C2 (ru) | 2011-02-14 | 2011-02-14 | Способ получения открытопористого наноструктурного металла |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2480310C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2578617C2 (ru) * | 2014-06-30 | 2016-03-27 | Юлия Васильевна Вихорева | Способ получения открытопористого наноструктурного никеля |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2009017C1 (ru) * | 1991-11-06 | 1994-03-15 | Алтайский государственный университет | Шихта на основе никеля для получения пористого проницаемого материала |
US20050207929A1 (en) * | 2004-03-22 | 2005-09-22 | Osamu Yamada | Method for producing intermetallic compound porous material |
RU2320456C2 (ru) * | 2005-11-14 | 2008-03-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственный заказчик - Федеральное агентство по атомной энергии | Способ получения пористого наноструктурного никеля |
US7740814B2 (en) * | 2005-01-07 | 2010-06-22 | Gunnar Westin | Composite materials and method of its manufacture |
-
2011
- 2011-02-14 RU RU2011105563/02A patent/RU2480310C2/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2009017C1 (ru) * | 1991-11-06 | 1994-03-15 | Алтайский государственный университет | Шихта на основе никеля для получения пористого проницаемого материала |
US20050207929A1 (en) * | 2004-03-22 | 2005-09-22 | Osamu Yamada | Method for producing intermetallic compound porous material |
US7740814B2 (en) * | 2005-01-07 | 2010-06-22 | Gunnar Westin | Composite materials and method of its manufacture |
RU2320456C2 (ru) * | 2005-11-14 | 2008-03-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственный заказчик - Федеральное агентство по атомной энергии | Способ получения пористого наноструктурного никеля |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2578617C2 (ru) * | 2014-06-30 | 2016-03-27 | Юлия Васильевна Вихорева | Способ получения открытопористого наноструктурного никеля |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011105563A (ru) | 2012-08-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Li et al. | Nature of catalytic activities of CoO nanocrystals in thermal decomposition of ammonium perchlorate | |
Sharma et al. | Catalytic thermal decomposition of ammonium perchlorate and combustion of composite solid propellants over green synthesized CuO nanoparticles | |
Zhang et al. | A one-step green route to synthesize copper nanocrystals and their applications in catalysis and surface enhanced Raman scattering | |
Tang et al. | ZnO micro/nanocrystals with tunable exposed (0001) facets for enhanced catalytic activity on the thermal decomposition of ammonium perchlorate | |
Edla et al. | Highly photo-catalytically active hierarchical 3D porous/urchin nanostructured Co3O4 coating synthesized by Pulsed Laser Deposition | |
Jiang et al. | Fabrication and photoactivities of spherical-shaped BiVO4 photocatalysts through solution combustion synthesis method | |
Lan et al. | Preparation and characterization of graphene aerogel/Fe 2 O 3/ammonium perchlorate nanostructured energetic composite | |
Chi et al. | One-pot synthesis of ordered mesoporous silver nanoparticle/carbon composites for catalytic reduction of 4-nitrophenol | |
Sanoop et al. | Synthesis and characterization of a novel copper chromite catalyst for the thermal decomposition of ammonium perchlorate | |
Shi et al. | Alcohol-thermal synthesis of approximately core-shell structured Al@ CuO nanothermite with improved heat-release and combustion characteristics | |
Ahn et al. | Effect of metal oxide nanostructures on the explosive property of metastable intermolecular composite particles | |
Shanmugasundaram et al. | Hierarchical mesoporous In2O3 with enhanced CO sensing and photocatalytic performance: distinct morphologies of In (OH) 3 via self assembly coupled in situ solid–solid transformation | |
Xiao et al. | Energetic metastable Al/CuO/PVDF/RDX microspheres with enhanced combustion performance | |
Gao et al. | Preparation and characterization of the AP/Al/Fe 2 O 3 ternary nano-thermites | |
Alali et al. | Preparation and characterization of ZnO/CoNiO2 hollow nanofibers by electrospinning method with enhanced gas sensing properties | |
Zhou et al. | Hollow porous zinc cobaltate nanocubes photocatalyst derived from bimetallic zeolitic imidazolate frameworks towards enhanced gaseous toluene degradation | |
Wang et al. | Enhanced thermal decomposition, laser ignition and combustion properties of NC/Al/RDX composite fibers fabricated by electrospinning | |
Smith et al. | Replacing the Al2O3 shell on Al particles with an oxidizing salt, aluminum iodate hexahydrate. part I: reactivity | |
Lu et al. | In situ synthesis of cobalt alginate/ammonium perchlorate composite and its low temperature decomposition performance | |
Yin et al. | Al/CuO composite coatings with nanorods structure assembled by electrophoretic deposition for enhancing energy released | |
Tonsuaadu et al. | Thermoanalytical study of the YSZ precursors prepared by aqueous sol–gel synthesis route | |
Dong et al. | Al/NiO nanocomposites for enhanced energetic properties: Preparation by polymer assembly method | |
RU2480310C2 (ru) | Способ получения открытопористого наноструктурного металла | |
Li et al. | Positive effects of PVP in MIC: Preparation and characterization of Al-Core heterojunction fibers | |
Liu et al. | Study on laser ignition characteristics of graphene Oxide/Cyclotrimethylene trinitramine composite films |