TW201446364A - 新穎方法及產品 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種用於製造含金屬之粉末的方法，該方法包含下列步驟：(a)將至少一金屬氧化物粉末與Ca、Mg、氫化鈣、氫化鎂或其等之混合物混合，呈顆粒或粉末之形式，以形成一混合物；(b)將該混合物維持於一H2大氣下，於介於1000℃及1500℃之溫度下1-10小時，接著：(c)回收含金屬之粉末。於一實施態樣中，金屬氫化物粉末被回收。於另一實施態樣中，該方法更包括下列步驟介於步驟(b)及(c)之間：(d)將該H2大氣轉換至一Ar大氣並維持該混合物於其下20分鐘至5小時，接著：(e)於Ar大氣下冷卻，其中金屬粉末係於步驟(c)中被回收。

Description

新穎方法及產品 發明領域
本發明係關於一種用於製造金屬粉末、金屬合金粉末、介金屬(intermetallic)粉末及/或其等之氫化物粉末的新方法，該方法藉由一簡化、有成本效益的程序，較佳藉由在氫氣保護下，使用特定還原劑及特定還原條件進行金屬氧化物的該還原反應。
發明背景
粉末冶金(powder metallurgical,PM)技術對於以錯合物金屬為主之組分的有效製造為經良好確立的途徑。此等技術通常被用於以鐵、不鏽鋼、銅或鎳為主之合金被需要的應用中。然而，當諸如鈦、鉻及鉭之材料被需要時，由於缺少相對應高品質之粉末的可取得性，PM技術的使用受到限制。
以鈦金屬為主之合金及非以鈦金屬為主之合金粉末為該等先進材料中者，其對於效能改良為關鍵性地且具有許多偏好的特性，諸如高強度對重量比、良好耐久性及斷裂韌性、高抗腐蝕性及高熔點，使其等為用於太空、化學加工工業、建築，及地面系統之應用中為重要的工程 材料。然而，以鈦金屬為主之材料的主要顧慮為其相較於競爭材料為高成本者。
本發明係有關於金屬粉末、金屬合金粉末、介金屬粉末及/或其等之氫化物粉末的一有成本效益之製造，其造成高等級之純度。
現今製造鈦合金粉末的傳統方法涉及藉由該Kroll程序製造海綿狀鈦(titanium sponge)、真空電弧熔煉該海綿狀鈦接著予以氣體霧化(gas atomising)。該Kroll程序涉及TiO2及碳在氯氣下，於大約800℃的溫度下的反應，因此形成氯化鈦，TiCl4。
在該反應中所製造的TiCl4係呈液體形式且須首先藉由蒸餾被純化。此表示此程序為複雜地且使用難以處理的產物，諸如Mg及/或氯。
有許多企圖以在一更為成本有效的方式中製造鈦合金，但至今的企圖需要使用多於一個熱處理步驟，歷時數小時。
US 6,264,719揭示一種製造一鈦-氧化鋁複合物的方法，其造成Al2O3顆粒在一富含Ti的金屬性或介金屬相中的形成。
JP 05299216係有關於以稀土金屬為主之合金磁性材料的製備，且其敘述一種方法，其中一稀土金屬氧化物、一還原劑，及一金屬被混合，一還原擴散反應處理係於一含氫還原大氣中進行，且該所得之餅狀反應產物被冷卻。當該餅狀產物被冷卻時，該還原大氣被轉換至一惰性 氣體大氣。此轉換於770至870℃之溫度窗口中進行。於此特定溫度窗口中進行該轉換據說導致該稀土合金產物具有良好地磁性特徵。特別是，於此溫度窗口中進行該轉換據說對於確保該產物不包含任何不欲地金屬氫化產物為重要地。其中沒有建議可能在該還原步驟期間形成的任何中間金屬氫化產物將具有任何有用的貢獻。
WO2008/010733敘述用於製造鈦合金粉末的方法。於一第一熱處理步驟中，TiO2及Al粉末被混合並被熱處理以形成一TiAl/Al2O3金屬基質陶瓷複合物材料。該複合物被進一步於一第二熱處理步驟中使用CaH2被還原。
亦有意圖使用該稱為自燃合成方法由各種金屬粉末的金屬氧化物製造各種金屬粉末。(Akiyama et al)。此等方法通常導致產品具有低純度。
於是，仍然有需要一個更具成本效益的方法以製造具有高純度的高品質金屬粉末、金屬合金粉末、介金屬粉末及/或其等之氫化物粉末。
發明概要
本發明係基於了解到可以在氫大氣下，使用鈣及/或氫化鈣顆粒或粉末，在特定溫度下完全還原金屬氧化物，以在高速率下獲得純金屬或金屬合金粉末。令人驚訝地，被發現的是本發明的該方法，特別是此處所討論之該等較佳金屬氧化物的內容中，得以絕佳的控制該等反應條件，代表不需要執行在先前方法中可能被使用的額外的步驟。 此等額外的步驟可包括對該反應步驟沒有貢獻之「緩衝」物質的提供，其在熱吸收/產生期間作為緩衝劑以避免溫度的突然升高/下降。本發明之該方法亦使金屬粉末、金屬合金粉末、介金屬粉末及/或其等之氫化物粉末的製備為非常高品質者，特別是在純度及顆粒尺寸分布方面。該方法可被應用於製造廣泛範圍的含金屬之粉末，諸如金屬粉末、金屬氫化物粉末，及/或金屬合金粉末。
將作為起始材料的呈粉末形式之金屬氧化物，與一還原劑混合，該還原劑諸如呈粉末形式或呈顆粒形式的鈣或鎂。該粉末混合物較佳不應被壓實(compacted)。該粉末混合物被加熱至範圍1000℃至1500℃的溫度，並保持於一氫大氣下。此造成金屬氫化物的形成，金屬氫化物可擇地隨後在真空下，或在惰性氣體大氣(例如，氬)下被脫水。
本發明係如申請專利範圍中所界定。
該最終產物較先前已知技術所達成者為較高純度者。此使得其可以使用該所得金屬粉末於該粉末冶金工業中之各種不同的應用中。
本發明現將僅藉非限制性實例被敘述，參考所附之圖式，其中：圖1係於1100℃下，在氬氣大氣下2hr，來自TiO2+1.3XCa顆粒的該最終產物粉末之SEM顯微圖。
圖2顯示於1100℃下，在氬氣大氣下2hr，來自TiO2+1.3XCa顆粒的該最終產物粉末之EDS圖譜。
圖3顯示於1100℃下，在氬氣保護下2hrs，來自TiO2+1.2XCa顆粒的該最終產物粉末之XRD圖形。該上述XRD圖形顯示鈦為材料的該第一主要相，但同時顯示鈣鈦氧化物為材料的該第二相。此表示該還原反應程序在該上述提及的條件下未成功進行。
圖4為在1100℃下，在H2下2hr接著轉換至Ar氣下，來自TiO2+1.3XCa顆粒的該最終產物粉末之SEM顯微圖。
圖5顯示在1100℃下，在H2下2hr接著轉換至Ar氣下，來自TiO2+1.3XCa顆粒的該最終產物粉末之EDS圖譜。
圖6顯示在1100℃下，在H2下2hr接著轉換至氬氣下，來自TiO2+1.3XCa顆粒的該最終產物粉末之XRD圖形。該XRD圖形顯示鈦金屬為該最終產物中之主要構成，具有很少或沒有汙染物。
圖7為在1100℃下，對於加熱及冷卻區段兩者在H2下2hrs，來自該Cr2O3及1.3X CaH2粉末的該Cr之SEM顯微圖。該等顆粒具有球狀形狀。
圖8顯示在1100℃下，對於加熱及冷卻區段兩者在H2下2hrs，來自該Cr2O3及1.3X CaH2粉末的該最終產物粉末之EDS圖譜。
圖9顯示在1100℃下，對於加熱及冷卻區段兩者在H2下2hrs，來自該Cr2O3及1.3X CaH2粉末的鉻粉末之該最終產物的XRD。
圖10為來自Nb2O5+1.2CaH2-，對於加熱及冷卻區段兩者加熱Ar的Nb金屬粉末之SEM顯微圖。
圖11顯示來自Nb2O5+1.2CaH2-，對於加熱及冷卻區段兩者加熱Ar的該最終產物粉末之EDS圖譜。
圖12為根據實例12所製造之鉭粉末的SEM顯微圖。
較佳實施例之詳細說明
本發明係有關於產生金屬粉末及其等之氫化物或合金的具成本效益的方法，該方法由下列步驟所構成，或包含下列步驟：本發明提供一種用於製造含金屬之粉末的方法，該方法包含下列步驟：a.將至少一金屬氧化物粉末與Ca、Mg、氫化鈣、氫化鎂或其等之混合物混合，呈顆粒或粉末之形式；b.將該混合物維持於一H2大氣下，於介於1000℃及1500℃之間的溫度下1-10小時；接著c.回收含金屬之粉末。
於一態樣中，該含金屬之粉末為一金屬氫化物粉末或一金屬合金或介金屬的氫化物。在此態樣中，該發明提供如上所界定之方法，其中金屬氫化物粉末被回收。
本發明提供用於製造金屬氫化物粉末之方法，包含下列步驟；a.將至少一金屬氧化物粉末與Ca或Mg顆粒及/或氫化鈣混合，呈顆粒或粉末之形式，以形成一混合物；b.將該混合物維持於一H2大氣下，在介於1020℃及1100℃之間的溫度下2-4小時，接著； c.回收金屬氫化物粉末。
於另一態樣中，該所含粉末為一金屬粉末、一金屬合金或一介金屬。於此態樣中，該發明提供如上所界定之方法，於步驟(b)及(c)之間進一步包含：(d)將該H2大氣轉換至一Ar大氣並維持該混合物於其下歷時自20分鐘至5小時的一段時間(較佳至少1小時，通常大約1小時)，接著：(e)在Ar大氣下冷卻，其中金屬粉末係於步驟(c)中回收。
於一態樣中，步驟(a)包含將至少一金屬氧化物粉末與Ca或Mg顆粒及/或氫化鈣混合，呈顆粒或粉末之形式，以形成一混合物。
該至少一金屬氧化物較佳係選自於下列之氧化物：˙Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Ge、Zr、Nb、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W、Pb、Bi、稀土金屬(即，Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm及Yb)、Th及/或U；˙更佳為Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Ge、Zr、Nb、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W、Pb、Bi、Th及/或U；˙再更佳為Al、Si、Ti、Cr、Mn、Ge、Zr、Nb、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W、Pb、Bi、Th及/或U；˙再進一步更佳為Ti、Cr、Nb、Ta及/或W；且˙最佳為Ti、Cr、Nb及/或Ta。
於一實施態樣中，該至少一金屬氧化物係選自於下列之氧化物：Sc、Ti、V、Cr、Mn、Y、Zr、Nb、Hf、Ta、稀土金屬、Th、U，及/或Si。於另一實施態樣中，可被用作起始材料之氧化物為下列之氧化物：Al、In、Sb、Sn、Ge、Bi，及/或Pb。於另一實施態樣中，可被用作起始材料之氧化物為下列之氧化物：Ti、Cr、Al、V、La、Nb及/或Ta。
上述對於該(等)金屬氧化物中之該(等)金屬的偏好相對應地應用至產品中的該(等)金屬。
維持該混合物於一H2大氣下的該溫度範圍較佳係介於1000℃及1500℃，更佳1020℃及1400℃，更佳1020℃及1300℃，更佳1020℃及1200℃，再更佳1020℃及1100℃。
維持該混合物於一H2大氣下的該時間較佳係1-10小時，更佳1-5小時，更佳2-4小時且最佳大約3小時。
更特別的是，本發明提供一種用於製造金屬氫化物粉末的方法，包含下列步驟：a)將至少一金屬氧化物粉末與Ca或Mg顆粒或粉末及/或氫化鈣或氫化鎂混合，呈顆粒或粉末之形式，以形成一混合物；b)將該混合物維持於一H2大氣下，在介於1020℃及1100℃之間的溫度下2-4小時，接著；c)回收金屬氫化物粉末。
本發明亦提供一種用於製造金屬粉末的方法，包含上述步驟a)及b)，接著； d)將該在H2大氣轉換至一Ar大氣並維持該混合物於其下至少1小時的期間，接著：e)於Ar大氣下冷卻，及；f)回收金屬粉末。
針對此，步驟d)涉及維持該混合物於自1000℃至1500℃，較佳1020℃至1400℃，更佳1020℃至1300℃，再更佳1020℃至1200℃，且再更佳1020℃至1100℃。通常，維持於步驟d)中的溫度係實質上與用於步驟b)中者相同。
該混合物被維持於一Ar大氣下，較佳歷時大約1小時，但此可在20分鐘及5小時之間變化，較佳40分鐘至3小時，較佳50分鐘至2小時，再較佳55分鐘至80分鐘。
可擇地，該金屬氧化物中之氧原子的數量對鈣原子的數量的比例(O：Ca)係於1：1.7-1.1或1：1.5-1：1.1或1：1.5-1：1.05，或1：1.4-1：2，或1：1.2之範圍內。
可擇地，該金屬氧化物粉末係TiO2粉末且該粉末混合物在步驟b)中係維持於一H2大氣下，在介於1020℃及1100℃之間的溫度下大約3小時。
本發明亦包括由該等上述方法所生產的金屬粉末或金屬氫化物。
於本發明的一態樣中，提供一金屬粉末或金屬氫化物粉末，其中該金屬係如此處所定義，為Ti之外者。本發明包括如此所生產的一金屬粉末或金屬氫化物，其中該金屬係Ti、Cr、Nb，或Ta。於一特別較佳的態樣中該金屬係Cr。
本發明包括如此所生產的一金屬粉末或金屬氫化物粉末，其中該金屬係實質上不含氧。
本發明包括如此生產的一金屬粉末或金屬氫化物粉末，其具有少於0.35重量%之氧含量。
該用語「金屬氧化物」亦可包括含有實質上含量之氧的金屬顆粒，該氧係呈經溶解之氧、氧化物夾質(oxide inclusions)及/或氧化物塗層的形式，該含量使得該等金屬顆粒不適合使用PM技術用於生產。
該等Ca或Mg顆粒較佳為範圍0.03-2mm之尺寸。於相同尺寸範圍的Ca氫化物(CaH2)及/或氫化鎂顆粒亦可被使用。
如此處所定義的，該用語「粉末」是指敘述具有範圍50nm-1mm之尺寸的顆粒之系列。
顆粒尺寸分布X50(有時表示為D50)亦已知為該顆粒尺寸分布的中徑或中間值，且係在累積分配中50%處的顆粒直徑。由本發明之方法所生產的該等產品之該顆粒尺寸分布通常具有少於40μm的X50，或少於35μm，或少於25μm，或少於20μm。顆粒尺寸及尺寸分布可由，例如，光散射而測定。
該X50分布係於Powder Metallurgy,American Society for Metals,Metals Park,Ohio 44073,ISBN 0-87170-013-1「金屬手冊(Metals Handbook)」，第9版第7集第216-218頁中討論。
在該最終產品中之汙染物(例如氧或氮)的含量 可由燃燒分析所測定，及藉由IR吸收(以測定氧等級)或藉由熱導性(以測定氮等級)而偵測。
該等起始材料除了僅一種金屬氧化物，亦可包括一或多個額外含金屬之試劑，其可為一或多種金屬或金屬氧化物(較佳為金屬氧化物)。在該情況下，該最終產物可為一金屬合金或一介金屬化合物。較佳其係金屬合金。該用語「金屬粉末」因此被表示包括純金屬、金屬合金，亦包括介金屬化合物。針對此，元素金屬粉末諸如鐵、鋁、鎳、銅等，可被添加至該反應混合物以提供額外元素的來源(例如，提供合金用元素)。此等元素的氧化物亦可被使用，例如，Fe3O4。該所得之終產物係一金屬合金粉末或介金屬化合物粉末。於一較佳實施態樣中，該金屬氧化物粉末係TiO2粉末。
相似考量應用於其中該產物係氫化物的本發明之實施態樣中，即步驟b之該產物被回收(而沒有接續之可能地轉換至一Ar大氣、在Ar大氣下冷卻，及接著回收金屬粉末的步驟)。因此，除了僅一種金屬氧化物，該等起始材料可亦包括一或多個額外含金屬之試劑，其可為一或多種金屬或金屬氧化物(較佳為金屬氧化物)。在該狀況下，該最終產物可為一金屬合金氫化物或一介金屬氫化物化合物。針對此，元素金屬粉末諸如鐵、鋁、鎳、銅等，可被添加至該反應混合物以提供額外元素的來源(例如，提供合金用元素)。此等元素的氧化物亦可被使用，例如，Fe3O4。該所得之終產物係一金屬合金之氫化物或介金屬化合物(呈粉 末形式)。
該一或多個額外含金屬之試劑較佳呈粉末或顆粒形式被包括於該反應混合物中，最佳為粉末形式。
當本發明之該方法的該產物係一氫化物，該氫可為一實質上常規晶體結構的部分，但或是該氫可被呈一固體溶液的形式被包含於該(等)金屬內。
作為常規，與一合金中之給定組分的含量相關聯而給定的百分比表示重量百分比，且與一介金屬化合物之給定組分的含量相關聯而給定的百分比表示莫耳百分比。除非另外指名，此處提及的百分比圖式遵循此常規。
該等金屬氧化物可存在於金屬顆粒或組分的該表面，例如，作為曾暴露至氧化條件之一金屬顆粒的一包圍層。
步驟b中之該粉末混合物較佳維持於一H2大氣下，在介於1020℃及1100℃之間的溫度，較佳歷時3小時。
較佳在將避免一強烈放熱反應的起始作用之條件下進行該還原反應。在該意義上，一「強烈」放熱反應被解釋為一未經控制、熱流失反應。相信的是此一種未經控制的放熱反應(例如，自點火燃燒合成)導致較不純的材料。
此等不欲地反應可藉由，例如，使用氧及鈣之間的一特定比例，及可擇地維持該等反應物於非緊壓形式而避免。再者，該還原反應應理想地在氫大氣下發生。在一緊壓形式之反應物被使用的狀況下，應理想地呈薄片、小 粒，或顆粒形式。
該等所得地粉末可受到一乾燥步驟以移除水。
該所得之金屬粉末通常具有少於25μm的粒徑。再者，該金屬粉末係高純度、具有少於0.35重量%之一氧含量。
實例
用於進行該實驗性工作的該設備如下所述：任何適合在用於該還原反應溫度下，即，高至1500℃，操作之類型的爐可被使用。該爐應亦符合用於供給各種類型之氣體的裝置，或在一些狀況下，施用真空的裝置。對於此處的工作，一回熱開放爐(muffle open furnace)被使用以進行該熱處理程序，以達到被用於工作之不同階段的該等氧化物之該還原反應。
一具有平坦底部之矩形剖面坩堝被使用。該坩堝由抗高溫材料諸如，例如，鉻-鎳鋼(253 MA)所製造。該坩堝在各熱處理程序時被導入該爐。
該熱處理於不同溫度及時間下，根據下列實驗而進行。該爐之該真實溫度使用一熱電偶測量，以將其與該設定溫度相比較。真實溫度及設置溫度之間的溫度差為低於10℃。
以水填充之容器被用於清洗。在熱處理後之該中間產物被添加至該水並被清洗。該等容器配備有攪拌器以攪拌水及該中間材料的該混合物。醋酸被添加至該漿體，伴隨持續攪拌。
在清洗後，該所得之粉末被乾燥以產生該最終產物。用於製造不同金屬、金屬氫化物及其等之合金粉末的起始材料如下所示：
氫化鈣可自其元素藉由於300至400℃下將鈣及氫直接結合而製備。鈣顆粒得自Mashinostroitelny Zavod (Elektrostal,Moskovskaya oblast,144001,Russia)。
汙染物(例如，氧或氮)的量藉由燃燒分析，接著藉由IR吸收(以測量氧等級)之偵測而測量。被使用的該儀器為LECO TC436DR。
實例1
自TiO2粉末及鈣顆粒作為起始材料製備鈦的比較例。
100g呈粉末形式之TiO2，99%純度，325網目，(Aldrich)與130克之鈣顆粒0.4-2mm(Mashinostroitel’nyi zavod,Russia)混合。該粉末及顆粒被完全混合且放置於如上所述之一坩堝中。該混合物於一開放回熱爐中在2hrs期間在氬氣下，於1100℃下被加熱。該所得之鈦粉末粒子具有35μm之X50的粒徑，且形成積聚物。該氧含量為2.7%、氮含量0.38%，及氫含量0.26%。該XRD圖形顯示鈦為材料之該第一主相，且亦顯示鈣鈦氧化物為材料之該第二相。此表示該還原反應程序在上述條件下並未完全被進行。
該鈣含量為2.9%，如由ICP分析所示。
實例2
由TiO2粉末(100g)及鈣顆粒(130g)作為起始材料製造鈦。
此實例以上述熱處理條件進行，唯一例外是加熱係在氫氣下進行且亦歷時2hrs，並接著轉換至氬氣。該等所得之鈦粉末粒子具有117.64μm之X50的粒徑，且未形成積聚物。該氧含量為0.30%、氮含量0.08%，及氫含量0.28%。XRD圖形顯示鈦在無不純物下被獲得。此確認了在該相同熱處理條件下但在氫氣保護下且接著在氬大氣下進行脫氫的該TiO2及鈣顆粒的熱處理為成功地。
該鈣含量為0.25%，如ICP分析所示。
實例3
由TiO2(100克)及CaH2顆粒(145克)製備鈦。將呈粉末形式之TiO2(Aldrich)與CaH2顆粒混合(0.4-<2mm)(Höganäs AB)。
該混合物於在一開放回熱爐中，於氫氣下於 1100℃下被加熱2小時。在加熱後，該混合物於氬大氣下被冷卻一小時。
該等所得之鈦粉末粒子具有20.06μm之X50的粒徑，且未形成積聚物。該氧含量為0.27%、氮含量0.016%，及氫含量0.17%。XRD圖形顯示鈦在無不純物下被獲得。
該鈣含量為0.22%，如ICP分析所示。
實例4
由TiO2及CaH2顆粒製備鈦氫化物。
將100克呈粉末形式之TiO2(Aldrich)與145克之尺寸為0.4-2mm的氫化鈣顆粒(Höganäs AB)混合。該粉末及顆粒之混合物於一開放回熱爐中，於1100℃下，於氫氣下被加熱2hrs。在加熱後，該混合物於氫大氣下被冷卻一小時。
該等所得之鈦氫化物粉末粒子具有6.35μm之X50的粒徑，且未形成積聚物。該氧含量為0.17%、氮含量0.73%，及氫含量3.63%。XRD圖形顯示鈦氫化物在無不純物下被獲得。
該鈣含量為0.17%，如ICP分析所示。
實例5
由Cr2O3及CaH2粉末製備鉻(將100克之呈粉末形式之Cr2O3(Aldrich)與99.7克之氫化鈣粉末(Aldrich)混合)。
該混合物於一開放回熱爐中，於氫氣下，於1100℃下加熱2hrs。加熱及冷卻區段皆於氫氣保護下進行。
該等所得之鉻金屬粉末粒子具有5.93μm之X50的粒徑，且未形成積聚物。該氧含量為0.08%、氮含量0.003%，及氫含量0.006%。XRD圖形顯示鉻在無不純物下被獲得。
該鈣含量為0.004%，如ICP分析所示。
實例6
由TiO2及CaH2粉末製備鈦氫化物(氫之固體溶液)。
將100克呈粉末形式之TiO2(Aldrich)與145克之-325網目氫化鈣粉末(Aldrich)混合。該混合物於一開放回熱爐中，於氫氣下，於1100℃下加熱2hrs。加熱及冷卻區段皆維持於氫氣保護下。
該等所得之鈦氫化物粉末粒子具有8.06μm之X50的粒徑，且未形成積聚物。該氧含量為0.12%、氮含量0.72%，及氫含量3.42%。XRD圖形顯示鈦氫化物在無不純物下被獲得。
該鈣含量為0.19%，如ICP分析所示。
實例7
Ti19Al(合金)之製備。
將135克呈粉末形式之TiO2(Aldrich)與19克之Al粉末(Aldrich)混合，且與141.7克之鈣顆粒(Mashinostroitel’nyi zavod,Russia)混合。
該混合物於一開放回熱爐中，於氫氣下，於1100℃下加熱2hrs，接著為於氬氣下。
該等所得之Ti19Al粉末粒子具有16.4μm之X50 的粒徑，且未形成積聚物。該氧含量為0.28%、氮含量0.03%，及氫含量0.27%。XRD圖形顯示Ti19Al在無不純物下被獲得。
該鈣含量為0.03%，如ICP分析所示。
實例8
鐵鈦氫化物粉末(介金屬)之製備。
將103.5克呈粉末形式之TiO2(Aldrich)與100克之Fe3O4粉末(Aldrich)混合，且與218.1克之CaH2粉末(Aldrich)混合。該混合物於一開放回熱爐中，於氫氣下，於1100℃下加熱3hrs。加熱及冷卻處理步驟皆被維持於氫氣保護下。
該等所得之鐵鈦粉末粒子具有10.69μm之X50的粒徑，且未形成積聚物。該氧含量為0.13%、氮含量0.06%，及氫含量2.07%。XRD圖形顯示鐵鈦氫化物粉末在無不純物下被獲得。
該鈣含量為0.026%，如ICP分析所示。
實例9 Ti6Al4V(合金)之製備
將150克呈粉末形式之TiO2(Aldrich)與7.1克之V2O5粉末及6克之Al(Aldrich)粉末混合，且與245克之尺寸為0.4-<2mm的CaH2顆粒(Höganäs AB)混合。
該混合物於一開放回熱爐中，於氫氣下，於1100℃下加熱3hrs，接著轉換至氬氣環境。該氣體之轉換係於該開放回熱爐中進行，而不需要轉移至另一爐用於該脫氫處理步驟。
該等所得之Ti6Al4V粉末粒子具有9.73μm之X50的粒徑，且未形成積聚物。該氧含量為0.24%、氮含量0.05%，及氫含量0.08%。XRD圖形顯示Ti6Al4V粉末在無不純物下被獲得。
該鈣含量為0.017%，如ICP分析所示。
實例10 LaNi5粉末(介金屬)之製備
將55.5克呈粉末形式之La2O3(Aldrich)與100克之Ni粉末混合，且與43克之尺寸為0.4-2mm的CaH2顆粒(Höganäs AB)混合。
該混合物於一開放回熱爐(muffle furnace)中，在氫氣保護下被加熱至1080℃，歷時6hrs的期間，接著轉換至氬氣環境。氣體轉換於該相同爐中進行，不需要另一用於脫氫處理步驟的爐。
該等所得之LaNi5粉末粒子具有9.57μm之X50的粒徑，且未形成積聚物。該氧含量為0.17%、氮含量0.08%，及氫含量0.04%。XRD圖形顯示LaNi5粉末在無不純物下被獲得。
該鈣含量為0.06%，如ICP分析所示。
實例11
鈮金屬粉末使用該等起始材料Nb2O5及CaH2顆粒(為1.2化學計量比)，在氫下於1050℃下熱處理2hrs，接著對該冷卻區段轉換氣體為在氬氣保護下進行而製造。
實例12
來自Ta2O5及CaH2顆粒(為1.2化學計量比)之鉭金屬粉末。熱處理係於1050℃下2hrs。加熱係於氫氣保護下，接著轉換至氬氣環境(於該相同爐中，沒有換掉該爐)用於脫氫反應。SEM顯微圖顯示該材料由不同尺寸之積聚物所組成。此等積聚物大多數由非常微細尺寸之顆粒所組成，但具有少數該等大積聚物的大尺寸。整體而言，該等積聚物為如顯示於圖12中之非常微細顆粒尺寸。

Claims (12)

  1. 一種用於製造含金屬之粉末的方法，該方法包含下列步驟：a.將至少一金屬氧化物粉末與Ca、Mg、氫化鈣、氫化鎂或其等之混合物混合，呈顆粒或粉末之形式，來形成一混合物；b.將該混合物維持於一H2大氣下，在介於1000℃及1500℃之間的溫度下1-10小時，接著：c.回收含金屬之粉末。
  2. 如請求項1之方法，其係一種用於製造金屬氫化物粉末的方法，其包含下列步驟；a.將至少一金屬氧化物粉末與Ca、Mg、氫化鈣、氫化鎂或其等之混合物混合，呈顆粒或粉末之形式，以形成一混合物；b.將該混合物維持於一H2大氣下，在介於1020℃及1100℃之間的溫度下2-4小時，接著；c.回收金屬氫化物粉末。
  3. 如請求項1之方法，其係一種用於製造金屬粉末的方法，其包含請求項1之步驟a)及b)，接著；d.將該H2大氣轉換至一Ar大氣，且維持該混合物於其下，在介於1000℃及1500℃之間的溫度下，歷時從20分鐘至5小時的一段時間，接著；e.於Ar大氣下冷卻，及； f.回收金屬粉末。
  4. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該金屬氧化物中之氧原子數量以及鈣原子數量之間的比例(O：Ca)係在1：1.7~1.1或1：1.5~1：1.1或1：1.5~1：1.05，或1：1.4~1：2，或1：1.2的範圍內。
  5. 如前述請求項之任一項的方法，其中該金屬係Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Ge、Zr、Nb、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W、Pb、Bi、稀土金屬(即，Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm及Yb)、Th及/或U。
  6. 如請求項5之方法，其中該金屬係Ti、Cr、Nb、W，或Ta。
  7. 如請求項1至4中任一項用於製造金屬粉末之方法，其中：該金屬氧化物粉末係TiO2粉末且該粉末混合物於步驟b)中係被維持於一H2大氣下，在介於1020℃及1100℃之間的溫度下3小時。
  8. 如前述請求項中任一項之方法，其中步驟a包含包括一或多個額外試劑於該混合物內，該一或多個額外試劑為一或多種金屬或金屬氧化物。
  9. 一種根據前述請求項中任一項之方法所生產的金屬粉末或金屬氫化物粉末。
  10. 如請求項9之金屬粉末或金屬氫化物粉末，其中該金屬係Ti、Cr、Nb、W，或Ta。
  11. 如請求項9或10之金屬粉末或金屬氫化物粉末，其中該金屬係實質上不含氧。
  12. 如請求項9、10或11中任一項之金屬粉末或金屬氫化物粉末，其具有低於0.35重量%之氧含量。
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