專利名稱：一種納米金屬陶瓷復(fù)合粉體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過液態(tài)化合物分解或覆層形成化合物溶液分解、且覆層中不留存表面材料反應(yīng)產(chǎn)物的化學(xué)鍍覆。
金屬陶瓷復(fù)合粉體廣泛地用于顆粒增強(qiáng)的高強(qiáng)度、高耐磨、重量輕的金屬構(gòu)件；金屬增韌的陶瓷刀具；電子封裝用金屬陶瓷復(fù)合材料；電子觸點(diǎn)材料和導(dǎo)電料漿；磁性粉體；以及需抗高溫、耐磨損的另部件及表面覆層處理中。其應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋電子信息、醫(yī)療診斷、航空航天、化工、汽車等行業(yè)。
一般的金屬陶瓷復(fù)合粉體的制備方法有機(jī)械合金化法、溶膠-凝膠法、熱鹽分解法、內(nèi)氧化法等。但它們存在生產(chǎn)成本高、工業(yè)化生產(chǎn)困難，特別是成分不均勻的問題。還有一種方法是化學(xué)鍍。化學(xué)鍍是利用金屬鹽溶液在還原劑的作用下，在具有催化性能的表面上得到金屬沉積層。用化學(xué)鍍的方法在陶瓷粉體表面上進(jìn)行金屬的包覆，能夠制備均勻分散、細(xì)小的金屬包覆型陶瓷粉體，特別是低金屬含量下均勻分布的復(fù)合粉體。
但是，一般包括陶瓷在內(nèi)的粉體化學(xué)鍍時(shí)，因粉體的表面積大，使鍍液易自分解失效，所得復(fù)合粉體中易混入單相的金屬，鍍層的厚度控制困難、生產(chǎn)成本高等問題。對于納米尺度的金屬陶瓷復(fù)合粉體制備方法在國內(nèi)外尚未見有關(guān)的報(bào)道，化學(xué)鍍應(yīng)用于納米材料的研究，也只有碳納米管化學(xué)鍍鎳、鈷、銅的報(bào)道，尚無納米陶瓷粉體化學(xué)鍍的研究。
本發(fā)明的目的在于采用在低溫下進(jìn)行化學(xué)鍍，并施加超聲波處理的一種納米金屬陶復(fù)合粉體的制備方法，能消除鍍液的自分解現(xiàn)象，并保證了納米金屬復(fù)合粉體的均勻性。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下納米金屬陶瓷復(fù)合粉體的制備方法包括將納米陶瓷粉體經(jīng)粗化后清洗、敏化后清洗、活化后清洗、烘干等步驟和在常規(guī)處理溶液中進(jìn)行的預(yù)處理，金屬包覆處理，清潔和烘干的后處理，其特征在于1)將尺寸為10～80nm的陶瓷氮化硅、氧化鋁、氧化硅、氧化鋯納米粉體加入預(yù)處理溶液中，室溫下，在粗化、敏化、活化階段分別施加頻率為20～40KHz、功率為50W的超聲波處理10分鐘，清洗后烘干；2)金屬包覆處理用鍍液組分及其制備方法(1)鍍液組分主鹽硫酸鎳、硫酸鈷、硫酸銅、硝酸銀10～50克/升還原劑次亞磷酸鈉、38％濃度的甲醛 2～50克/升絡(luò)合劑檸檬酸鈉、乙二胺四乙酸二鈉、25％濃度的氨水 10～50克/升pH緩沖劑硼酸、醋酸鈉 0～50克/升穩(wěn)定劑硫脲、亞鐵氰化鉀0～50毫克/升pH調(diào)節(jié)劑氫氧化鈉、95％濃度的硫酸 0～30克/升水 加至成1升(2)制備方法將已預(yù)處理過尺寸為10～80nm的陶瓷氮化硅、氧化鋁、氧化硅、氧化鋯納米粉體加入鍍液中，在pH為3.5～13.0，溫度為20～60℃中進(jìn)行包覆，并施加頻率為40KHz、功率為50W的超聲波處理20～180分鐘后反應(yīng)自動(dòng)停止，所得粉體與鍍液分離(經(jīng)自然沉降或用離心分離方法)，并經(jīng)清洗和烘干的后處理即可。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是與一般的陶瓷粉體化學(xué)鍍相比，本發(fā)明利用納米陶瓷粉體的尺寸效應(yīng)，采用低溫(20～60℃)下的化學(xué)鍍，保證了鍍液的穩(wěn)定性，消除了鍍液自分解的現(xiàn)象，鍍液可多次重復(fù)使用。在該溫度下，非納米的陶瓷粉體無法進(jìn)行金屬的包覆。超聲波的引入，則使納米陶瓷粉體得到良好的分散，從而保證了納米復(fù)合粉體的均勻性。
此外，本發(fā)明中所用的化學(xué)鍍鍍液組成也有其新穎獨(dú)特性，即所用的鍍液超過常規(guī)化學(xué)鍍時(shí)的鍍液組成范圍，并且所用的鍍液可以不加穩(wěn)定劑。
實(shí)施例11)將尺寸為60～80nm的陶瓷氮化硅(或氮化鋁或氧化硅或氧化鋯)納米粉體加入預(yù)處理溶液中，常規(guī)的粗化液為40％的氫氟酸，敏化液為氯化亞錫30克/升，活化液為氯化鈀1克/升，室溫下，在粗化、敏化、活化階段分別施加頻率為40KHz、功率為50W的超聲波處理10分鐘，清洗后烘干；2)金屬包覆處理用鍍液組分及其制備方法(1)鍍液組分主鹽硫酸鎳 30克/升還原劑次亞磷酸鈉 15克/升絡(luò)合劑檸檬酸鈉 17克/升pH緩沖劑醋酸鈉 15克/升穩(wěn)定劑0pH調(diào)節(jié)劑硫酸 1克/升水加至成1升(2)制備方法將已預(yù)處理尺寸為60～80nm的陶瓷氮化硅納米粉體加入鍍液中，在pH為6.0、溫度為35℃中進(jìn)行包覆，并施加頻率為40KHz、功率為50W的超聲波處理40分鐘后反應(yīng)自動(dòng)停止，所得粉體與鍍液分離，并經(jīng)清洗和烘干的后處理即可得到尺寸為80～100nm，鎳-磷合金層厚度10～20nm的納米鎳-磷/氮化硅復(fù)合粉體。
實(shí)施例21)將尺寸為10～20nm的陶瓷氧化鋁(或氮化硅或氧化硅或氧化鋯)納米粉體加入預(yù)處理溶液中(溶液配方與實(shí)施例1相同)，室溫下，在粗化、敏化、活化階段分別施加頻率為40KHz、功率為50W的超聲波處10分鐘，清洗后烘干；2)金屬包覆處理用鍍液組分及其制備方法(1)鍍液組分主鹽硫酸銅28克/升還原劑甲醛12克/升絡(luò)合劑乙二胺四乙酸二鈉44克/升pH緩沖劑 0穩(wěn)定劑亞鐵氰化鉀 10毫克/升pH調(diào)節(jié)劑氫氧化鈉 20克/升水加至成1升(2)制備方法將已預(yù)處理尺寸為10～20nm的陶瓷氧化鋁納米粉體加入鍍液中，在pH為12.5、溫度為35℃中進(jìn)行包覆，并施加頻率為40KHz、功率為50W的超聲波處理20分鐘后反應(yīng)自動(dòng)停止，所得粉體與鍍液分離，并經(jīng)清洗和烘干的后處理即可得到尺寸為50～60nm，銅厚度15～20nm的納米銅/氧化鋁復(fù)合粉體。
實(shí)施例31)將尺寸為10～20nm的陶瓷氧化硅(或氮化硅或氮化鋁或氧化鋯)納米粉體加入預(yù)處理溶液中(溶液配方與實(shí)施例1相同)，室溫下，在粗化、敏化、活化階段分別施加頻率為40KHz、功率為50W的超聲波處理10分鐘，清洗后烘干；2)金屬包覆處理用鍍液組分及其制備方法(1)鍍液組分主鹽硝酸銀17.5克/升還原劑甲醛6克/升絡(luò)合劑氨水35克/升pH緩沖劑 0穩(wěn)定劑0pH調(diào)節(jié)劑氫氧化鈉 2克/升水加至成1升(2)制備方法將已預(yù)處理尺寸為10～20nm的陶瓷氧化硅納米粉體加入鍍液中，在pH為12.5、溫度為25℃中進(jìn)行包覆，并施加頻率為40KHz、功率為50W的超聲波處理30分鐘后反應(yīng)自動(dòng)停止，所得粉體與鍍液分離，并經(jīng)清洗和烘干的后處理即可得到尺寸為20～35nm，銀層厚度為5～15nm的納米銀/氧化硅復(fù)合粉體。
實(shí)施例41)將尺寸為60～80nm的陶瓷氧化鋯(氮化硅或氮化鋁或氧化硅)納米粉體加入預(yù)處理溶液中(溶液配方與實(shí)施例1相同)，室溫下，在粗化、敏化、活化階段分別施加頻率為40KHz、功率為50W的超聲波處理10分鐘，清洗后烘干；2)金屬包覆處理用鍍液組分及其制備方法(1)鍍液組分主鹽硫酸鈷35克/升還原劑次亞磷酸鈉 20克/升絡(luò)合劑檸檬酸鈉15克/升pH緩沖劑硼酸 40克/升穩(wěn)定劑硫脲10毫克/升pH調(diào)節(jié)劑 0水加至成1升(2)制備方法將已預(yù)處理尺寸為60～80nm的陶瓷氧化鋯納米粉體加入鍍液中，在pH為10.5、溫度為30℃中進(jìn)行包覆，并施加頻率為40KHz、功率為50W的超聲波處理180分鐘后反應(yīng)自動(dòng)停止，所得粉體與鍍液分離，并經(jīng)清洗和烘干的后處理即可得到尺寸為80～100nm，鈷-磷層厚度為10～20nm的納米鉆-磷/氧化鋁復(fù)合粉體。
該技術(shù)還可推廣至其它納米陶瓷如氧化鈦等，以及其它的金屬如金等。
權(quán)利要求
1.一種納米金屬陶瓷復(fù)合粉體的制備方法，包括將納米陶瓷粉體經(jīng)粗化后清洗、敏化后清洗、活化后清洗、烘干等步驟和在常規(guī)處理溶液中進(jìn)行的預(yù)處理，金屬包覆處理，清潔和烘干的后處理，其特征在于1)將尺寸為10～80nm的陶瓷氮化硅、氧化鋁、氧化硅、氧化鋯納米粉體加入預(yù)處理溶液中，室溫下，在粗化、敏化、活化階段分別施加頻率為20～40KHz、功率為50W的超聲波處理10分鐘，清洗后烘干；2)金屬包覆處理用鍍液組分及其制備方法(1)鍍液組分主鹽硫酸鎳、硫酸鈷、硫酸銅、硝酸銀10～50克/升還原劑次亞磷酸鈉、38％濃度的甲醛 2～50克/升絡(luò)合劑檸檬酸鈉、乙二胺四乙酸二鈉、25％濃度的氨水 10～50克/升pH緩沖劑硼酸、醋酸鈉 0～50克/升穩(wěn)定劑硫脲、亞鐵氰化鉀0～50毫克/升pH調(diào)節(jié)劑氫氧化鈉、95％濃度的硫酸 0～30克/升水 加至成1升(2)制備方法將已預(yù)處理過尺寸為10～80nm的陶瓷氮化硅、氧化鋁、氧化硅、氧化鋯納米粉體加入鍍液中，在pH為3.5～13.0，溫度為20～60℃中進(jìn)行包覆，并施加頻率為20～40KHz、功率為50W的超聲波處20～180分鐘后反應(yīng)自動(dòng)停止，所得粉體與鍍液分離，并經(jīng)清洗和烘干的后處理即可。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米金屬陶瓷復(fù)合粉體的制備方法，其特征在于1)將尺寸為60～80nm的陶瓷氮化硅納米粉體加入預(yù)處理溶液中，室溫下，在粗化、敏化、活化階段分別施加頻率為40KHz、功率為50W的超聲波處理10分鐘，清洗后烘干；2)金屬包覆處理用鍍液組分及其制備方法(1)鍍液組分主鹽硫酸鎳 30克/升還原劑次亞磷酸鈉15克/升絡(luò)合劑檸檬酸鈉17克/升pH緩沖劑醋酸鈉15克/升穩(wěn)定劑0pH調(diào)節(jié)劑硫酸 1克/升水加至成1升(2)制備方法將已預(yù)處理尺寸為60～80nm的陶瓷氮化硅納米粉體加入鍍液中，在pH為6.0、溫度為35℃中進(jìn)行包覆，并施加頻率為40KHz、功率為50W的超聲波處理40分鐘后反應(yīng)自動(dòng)停止，所得粉體與鍍液分離，并經(jīng)清洗和烘干的后處理即可。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米金屬陶瓷復(fù)合粉體的制備方法，其特征在于1)將尺寸為10～20nm的陶瓷氧化鋁納米粉體加入預(yù)處理溶液中，室溫下，在粗化、敏化、活化階段分別施加頻率為40KHz、功率為50W的超聲波處理10分鐘，清洗后烘干；2)金屬包覆處理用鍍液組分及其制備方法(1)鍍液組分主鹽硫酸銅 28克/升還原劑甲醛 12克/升絡(luò)合劑乙二胺四乙酸二鈉 44克/升pH緩沖劑 0穩(wěn)定劑亞鐵氰化鉀 10毫克/升pH調(diào)節(jié)劑氫氧化鈉 20克/升水 加至成1升(2)制備方法將已預(yù)處理尺寸為10～20nm的陶瓷氧化鋁納米粉體加入鍍液中，在pH為12.5、溫度為35℃中進(jìn)行包覆，并施加頻率為40KHz、功率為50W的超聲波處20分鐘后反應(yīng)自動(dòng)停止，所得粉體與鍍液分離，并經(jīng)清洗和烘干的后處理即可。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米金屬陶瓷復(fù)合粉體的制備方法，其特征在于1)將尺寸為10～20nm的陶瓷氧化硅納米粉體加入預(yù)處理溶液中，室溫下，在粗化、敏化、活化階段分別施加頻率為40KHz、功率為50W的超聲波處理10分鐘，清洗后烘干；2)金屬包覆處理用鍍液組分及其制備方法(1)鍍液組分主鹽硝酸銀 17.5克/升還原劑甲醛 6克/升絡(luò)合劑氨水 35克/升pH緩沖劑0穩(wěn)定劑 0pH調(diào)節(jié)劑氫氧化鈉2克/升水 加至成1升(2)制備方法將已預(yù)處理尺寸為10～20nm的陶瓷氧化硅納米粉體加入鍍液中，在pH為12.5、溫度為25℃中進(jìn)行包覆，并施加頻率為40KHz、功率為50W的超聲波處理30分鐘后反應(yīng)自動(dòng)停止，所得粉體與鍍液分離，并經(jīng)清洗和烘干的后處理即可。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米金屬陶瓷復(fù)合粉體的制備方法，其特征在于1)將尺寸為60～80nm的陶瓷氧化鋯納米粉體加入預(yù)處理溶液中，室溫下，在粗化、敏化、活化階段分別施加頻率為40KHz、功率為50W的超聲波處理10分鐘，清洗后烘干；2)金屬包覆處理用鍍液組分及其制備方法(1)鍍液組分主鹽硫酸鈷 35克/升還原劑次亞磷酸鈉 20克/升絡(luò)合劑檸檬酸鈉 15克/升pH緩沖劑硼酸 40克/升穩(wěn)定劑硫脲 10毫克/升pH調(diào)節(jié)劑 0水 加至成1升(2)制備方法將已預(yù)處理尺寸為60～80nm的陶瓷氧化鋯納米粉體加入鍍液中，在pH為10.5、溫度為30℃中進(jìn)行包覆，并施加頻率為40KHz、功率為50W的超聲波處理180分鐘后反應(yīng)自動(dòng)停止，所得粉體與鍍液分離，并經(jīng)清洗和烘干的后處理即可。
全文摘要
一種納米金屬陶瓷復(fù)合粉體的制備方法,包括將納米陶瓷粉體加入常規(guī)處理溶液中進(jìn)行粗化、敏化、活化并施加超聲波和烘干的預(yù)處理;然后用主鹽、還原劑、絡(luò)合劑、pH緩沖劑、穩(wěn)定劑、pH調(diào)節(jié)劑和水組成的鍍液,在pH為3.5～13.0,溫度為20～60℃下并施加超聲波的金屬包覆處理;所得到的粉體與鍍液分離,并經(jīng)清洗和烘干的后處理即可得到納米金屬陶瓷復(fù)合粉體。本發(fā)明能消除鍍液的自分解現(xiàn)象,并保證了納米金屬陶瓷粉體的均勻性。
文檔編號C04B35/628GK1326910SQ0111671
公開日2001年12月19日 申請日期2001年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月19日
發(fā)明者凌國平 申請人:寧波凌日表面工程有限公司