專利名稱：一種納米鈷粉的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種納米鈷粉的制備方法，屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鈷，堅硬、有延展性的藍灰色金屬，富有光澤。地殼中豐度為0.0025％。中國是全球第二大鈷生產(chǎn)國，也是精煉鈷的第二大消費國，據(jù)統(tǒng)計1998年到2004年，中國精煉鈷消費量的年平均增長率為20.7％，2004年精煉鈷消費量達到9500噸，其中電池行業(yè)是第一大消費領(lǐng)域，占57％，色釉料行業(yè)占14％，磁性材料占8％。日本為世界第一大鈷消費國，60％用在電池領(lǐng)域，第三大鈷消費國美國，55％用于制造超級硬質(zhì)合金。
超細鈷粉由于其特殊的物理、化學性能，在硬質(zhì)合金、電池、催化劑、磁性材料、吸波材料、陶瓷等領(lǐng)域的應(yīng)用中表現(xiàn)出許多優(yōu)異的性能。例如，用超細鈷粉制成永磁記錄材料，可使磁帶和軟硬盤的記錄密度提高數(shù)十倍，并能大幅度改善它們的保真性能。同時由于超細鈷粉對電磁波的特殊吸收作用，可作為軍用高性能毫米波隱形材料，可見光、紅外線隱形材料和結(jié)構(gòu)式隱形材料，手機輻射屏蔽材料。在硬質(zhì)合金方面使用的超細鈷粉由于合金的橫向斷裂強度、硬度和密度都得到了提高，使其具有更高的的耐磨性與抗裂性。如能在鈷粉特別是在超細鈷粉的制備和應(yīng)用上有進展，對充分利用資源、提高經(jīng)濟效益，縮短與發(fā)達國家間的差距都具有重要意義。
文獻調(diào)查的結(jié)果表明，冷凍干燥技術(shù)制備納米鈷粉的研究，至今國內(nèi)外還沒有相關(guān)報道。

發(fā)明內(nèi)容
采用本發(fā)明制備納米鈷粉，其工藝十分簡單，對設(shè)備要求低，原料便宜易得。本發(fā)明的還原溫度比通常的工業(yè)法的還原溫度低300℃左右，大大降低了能耗。制備出的鈷粉分散性好、粒度分布窄、形貌均勻，且不需要添加表面活性劑，避免了雜質(zhì)元素的引入。
本發(fā)明所提供的一種納米鈷粉的制備方法，其特征在于它包括以下步驟1)將草酸鈷[CoC2O4·2H2O]晶體粉末溶于氨水中，得澄清的鈷氨絡(luò)合物溶液；2)使用通用氮氣噴槍，將上述澄清溶液分散在液氮中預凍；3)將上述液氮中預凍后的凍結(jié)物置于凍干機中進行真空干燥得到前驅(qū)體；4)對上述干燥后的前驅(qū)體實行氫氣還原，氫氣流量為0.1立方米/小時～0.3立方米/小時，200℃～400℃還原，保溫2小時～8小時得到納米鈷粉。
步驟2)所述的氮氣噴槍，其壓力為1.5大氣壓～3.5大氣壓。
步驟3)所述的真空干燥，其中凍干機的執(zhí)行程序為在0分鐘～2000分鐘內(nèi)的工作壓力為450毫托、溫度為-20℃；在2000分鐘～3700分鐘內(nèi)的工作壓力為300毫托、溫度為-11℃；在3700分鐘～5000分鐘內(nèi)的工作壓力為150毫托、溫度為-6℃；在5000分鐘～5800分鐘內(nèi)的工作壓力為80毫托、溫度為0℃；在5800分鐘～6000分鐘內(nèi)的工作壓力為5毫托、溫度為15℃。
本發(fā)明采用液氮預凍-冷凍干燥法，可以防止溶液組分的偏聚和結(jié)晶，同時得到非晶態(tài)的粉末。再通過低溫氫氣還原，得到納米級的晶粒尺寸的鈷粉。
從圖1的X衍射圖譜可以知道，最終產(chǎn)品的物相組成僅有鈷。
從圖2的場發(fā)射掃描電子顯微鏡的圖像可以看出，采用液氮預凍-冷凍干燥-氫氣還原的方法獲得的粉末大小分布均勻，顆粒約為40-50nm的粉末。
由此可知，用凍干法制備的粉體晶粒明顯細化，尺寸達到納米級，從而可提高表面活性、表面純度、比表面積，具有極大的表面效應(yīng)和體積效應(yīng)。


圖1本發(fā)明制備方法實例1的納米粉體X衍射圖譜；圖2本發(fā)明制備方法實例1的納米粉體FESEM像；
具體實施例方式
實例1取草酸鈷[CoC2O4·2H2O]粉紅色晶體粉末50克溶于250毫升氨水得褐色澄清溶液。使用氮氣噴槍，噴槍壓力為3.5大氣壓，將澄清的混合溶液分散在液氮中。再將液氮冷凍的凍結(jié)物置于FTS公司FTD Dura-stop MP型凍干機中進行真空干燥，凍干機的執(zhí)行程序為在0分鐘～2000分鐘內(nèi)的工作壓力為450毫托、溫度為-20℃；在2000分鐘～3700分鐘內(nèi)的工作壓力為300毫托、溫度為-11℃；在3700分鐘～5000分鐘內(nèi)的工作壓力為150毫托、溫度為-6℃；在5000分鐘～5800分鐘內(nèi)的工作壓力為80毫托、溫度為0℃；在5800分鐘～6000分鐘內(nèi)的工作壓力為5毫托、溫度為15℃。采用氫氣還原凍干的前驅(qū)體，氫氣流量為0.3立方米/小時，還原溫度200℃，保溫7小時，得到晶粒尺寸為45.5nm的納米鈷粉。
實例2取草酸鈷[CoC2O4·2H2O]粉紅色晶體粉末50克溶于250毫升氨水得褐色澄清溶液。使用氮氣噴槍，噴槍壓力為1.5大氣壓，將澄清的混合溶液分散在液氮中。再將液氮冷凍的凍結(jié)物置于FTS公司FTD Dura-stop MP型凍干機中進行真空干燥，凍干機的執(zhí)行程序為在0分鐘～2000分鐘內(nèi)的工作壓力為450毫托、溫度為-20℃；在2000分鐘～3700分鐘內(nèi)的工作壓力為300毫托、溫度為-11℃；在3700分鐘～5000分鐘內(nèi)的工作壓力為150毫托、溫度為-6℃；在5000分鐘～5800分鐘內(nèi)的工作壓力為80毫托、溫度為0℃；在5800分鐘～6000分鐘內(nèi)的工作壓力為5毫托、溫度為15℃。采用氫氣還原凍干的前驅(qū)體，氫氣流量為0.1立方米/小時，還原溫度400℃，保溫2小時，得到晶粒尺寸為57.3nm的納米鈷粉。
實例3取草酸鈷[CoC2O4·2H2O]粉紅色晶體粉末50克溶于250毫升氨水得褐色澄清溶液。使用氮氣噴槍，噴槍壓力為2.5大氣壓，將澄清的混合溶液分散在液氮中。再將液氮冷凍的凍結(jié)物置于FTS公司FTD Dura-stop MP型凍干機中進行真空干燥，凍干機的執(zhí)行程序為在0分鐘～2000分鐘內(nèi)的工作壓力為450毫托、溫度為-20℃；在2000分鐘～3700分鐘內(nèi)的工作壓力為300毫托、溫度為-11℃；在3700分鐘～5000分鐘內(nèi)的工作壓力為150毫托、溫度為-6℃；在5000分鐘～5800分鐘內(nèi)的工作壓力為80毫托、溫度為0℃；在5800分鐘～6000分鐘內(nèi)的工作壓力為5毫托、溫度為15℃。采用氫氣還原凍干的前驅(qū)體，氫氣流量為0.2立方米/小時，還原溫度300℃，保溫2小時，得到晶粒尺寸為40.7nm的納米鈷粉。
實例4取草酸鈷[CoC2O4·2H2O]粉紅色晶體粉末50克溶于250毫升氨水得褐色澄清溶液。使用氮氣噴槍，噴槍壓力為2.0大氣壓，將澄清的混合溶液分散在液氮中。再將液氮冷凍的凍結(jié)物置于FTS公司FTD Dura-stop MP型凍干機中進行真空干燥，凍干機的執(zhí)行程序為在0分鐘～2000分鐘內(nèi)的工作壓力為450毫托、溫度為-20℃；在2000分鐘～3700分鐘內(nèi)的工作壓力為300毫托、溫度為-11℃；在3700分鐘～5000分鐘內(nèi)的工作壓力為150毫托、溫度為-6℃；在5000分鐘～5800分鐘內(nèi)的工作壓力為80毫托、溫度為0℃；在5800分鐘～6000分鐘內(nèi)的工作壓力為5毫托、溫度為15℃。采用氫氣還原凍干的前驅(qū)體，氫氣流量為0.3立方米/小時，還原溫度250℃，保溫5小時，得到晶粒尺寸為52.7nm的納米鈷粉。
權(quán)利要求
1.一種納米鈷粉的制備方法，其特征在于，它包括以下步驟1)將草酸鈷[CoC2O4·2H2O]晶體粉末溶于氨水中，得澄清的鈷氨絡(luò)合物溶液；2)使用通用氮氣噴槍，將上述澄清溶液分散在液氮中預凍；3)將上述液氮中預凍后的凍結(jié)物置于凍干機中進行真空干燥得到前驅(qū)體；4)對上述干燥后的前驅(qū)體實行氫氣還原，氫氣流量為0.1立方米/小時～0.3立方米/小時，200℃～400℃還原，保溫2小時～8小時得到納米鈷粉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米鈷粉制備方法，其特征在于步驟2)所述的預凍，其中氮氣噴槍，其壓力為1.5大氣壓～3.5大氣壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米鈷粉制備方法，其特征在于步驟3)所述的真空干燥，其中凍干機的執(zhí)行程序為在0分鐘～2000分鐘內(nèi)的工作壓力為450毫托、溫度為-20℃；在2000分鐘～3700分鐘內(nèi)的工作壓力為300毫托、溫度為-11℃；在3700分鐘～5000分鐘內(nèi)的工作壓力為150毫托、溫度為-6℃；在5000分鐘～5800分鐘內(nèi)的工作壓力為80毫托、溫度為0℃；在5800分鐘～6000分鐘內(nèi)的工作壓力為5毫托、溫度為15℃。
全文摘要
本發(fā)明屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域。冷凍干燥技術(shù)制備納米鈷粉的研究，至今國內(nèi)外還沒有相關(guān)報道。本發(fā)明包括以下步驟將草酸鈷[CoC
文檔編號B22F9/16GK1824438SQ20061006716
公開日2006年8月30日 申請日期2006年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月6日
發(fā)明者聶祚仁, 席曉麗, 蔣亞寶, 童培云, 左鐵鏞 申請人:北京工業(yè)大學