專利名稱：立方相納米氮化釩粉體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及立方相納米氮化釩粉體的制備方法，可用于制備高性能陶瓷、耐磨材料、催化劑和超導(dǎo)材料。屬于納米材料領(lǐng)域。
納米氮化釩是指其晶粒尺寸在100nm以內(nèi)的氮化釩產(chǎn)品，用它代替微米級氮化釩可以降低燒結(jié)溫度、提高燒結(jié)性能；用它作為增強(qiáng)相，可有效提高金屬、陶瓷基體的強(qiáng)度和耐磨性；作為催化劑，具有更高的活性；還可以用作超導(dǎo)材料。故此，納米氮化釩具有很大的實(shí)用價(jià)值。工業(yè)上，氮化釩通常采用還原法來制備。還原法是將化學(xué)計(jì)量的炭和五氧化二釩充分混合，在氮?dú)鈿夥罩杏?250℃下進(jìn)行還原氮化反應(yīng)，即可制得氮化釩。反應(yīng)的最大缺點(diǎn)是反應(yīng)溫度高，制備超細(xì)粉體比較困難，而且還原法需要二次除炭，工藝復(fù)雜，產(chǎn)品含有一定量雜質(zhì)。還可用氫氣和氮?dú)饣旌蠚馀c四氯化釩在1400-1600℃反應(yīng)制得；或用氨氣與偏釩酸銨在1000-1100℃反應(yīng)制得。目前，氮化釩薄膜的研究比較多，Z.N.Dail等在Thin Solid Films Vol.347(1999)PP.117-120報(bào)導(dǎo)了采用脈沖激光沉積法制備氮化釩薄膜。C.H.Ma等在Surface andCoatings Technology Vol.133-134(2000)pp.289-294報(bào)導(dǎo)了采用離子輔助沉積法制備氮化釩涂層。制備氮化釩超細(xì)粉體的報(bào)導(dǎo)相對較少。J.G.Choi等在Applied Catalysis AGemeral Vol.168(1998)pp.47-56報(bào)道了以V2O5為原料，氨氣為氮化劑，采用程序升溫反應(yīng)法制備氮化釩粉體，但反應(yīng)溫度高、制得的產(chǎn)品粒度大。近年來，國內(nèi)外學(xué)者研究出一些新方法用來制備氮化物超細(xì)粉體。采用氨氣直接氮化納米氧化物粉體制備相應(yīng)的納米氮化物粉體是合成納米金屬氮化物粉體的新方法。近來我們分別在Journal of AmericanCeramic Society Vol.84(2001)No.11 pp.2710-2712和Vol.85(2002)No.5 pp.1294-1296報(bào)道了以納米TiO2和Cr2O3為原料合成納米TiN和CrN粉體。但是它們一般是以納米氧化物為前提，亦即欲制備納米氮化物先要制備納米氧化物，顯然工藝復(fù)雜、成本較高。
由此可見，具體實(shí)施可分為兩大步第一步制備一水合五氧化二釩粉體；第二步將一水合五氧化二釩粉體氮化來制備立方相納米氮化釩粉體?，F(xiàn)分別詳述如下一.一水合五氧化二釩粉體的制備本發(fā)明以偏釩酸氨為起始原料。先將偏釩酸氨加入到蒸餾水中，加熱使其溶解，用30-60％的硝酸溶液調(diào)節(jié)pH值至2.5-3，在400-800轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)速攪拌下，逐滴加入1-2M的氨水溶液中，產(chǎn)生沉淀。將沉淀物過濾，用無水乙醇洗滌2-5次，除去沉淀物中的水分，得到分散性良好的無定形一水合五氧化二釩粉體，將此產(chǎn)物烘干、過篩，得到一水合五氧化二釩粉體。沉淀溫度為50～70℃，時間1～12小時，沉淀產(chǎn)物烘干條件為80℃、12小時，研磨、過200目篩。
二.立方相納米氮化釩粉體的制備將得到的一水合五氧化二釩粉體放入石英舟中，裝入管式氣氛爐，通入氨氣，氨氣流量為0.5～5升/分鐘，升溫至500～800℃，升溫速率為5～10℃/分鐘，在此溫度下，保溫3～5小時，然后，在流動氨氣下，自然冷卻至室溫，得到納米氮化釩粉體?？赏ㄟ^反應(yīng)溫度控制納米氮化釩粉體的粒徑和氮化速度；通過控制氮化保溫時間控制納米氮化釩粉體的粒徑；通過控制氨氣流速來縮短反應(yīng)時間。所以這三個參數(shù)的選擇均對反應(yīng)后的粒徑、產(chǎn)量有至關(guān)重要的影響，合理選擇這三個參數(shù)，使之有機(jī)匹配是很重要的。
反應(yīng)過程如下本發(fā)明提供的納米氮化釩粉體的制備方法的特點(diǎn)是1、反應(yīng)溫度低、反應(yīng)時間短。
2、制備的納米氮化釩粉體的粒徑小于或等于50nm，分散性好、純度可達(dá)到95％以上。
3、生產(chǎn)工藝簡單、所需生產(chǎn)設(shè)備簡單，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
4、生產(chǎn)過程中使用氨氣作為氮化劑，比用氮?dú)饧託錃庾鞯瘎└诜磻?yīng)、更安全。
實(shí)施例3按實(shí)施例1所述方法制備一水合五氧化二釩粉體。將一水合無定形五氧化二釩粉體放入石英舟中，裝入管式氣氛爐，通入氨氣，氨氣流量為1升/分鐘，升溫至700℃，升溫速率為10℃/分鐘，在此溫度下，保溫3小時，然后，在流動氨氣下，自然冷卻至室溫，得到納米氮化釩粉體。圖5為本實(shí)施例制備的納米氮化釩粉體的X射線衍射圖，與JCPDS卡片35-0768對照表明粉體為立方相氮化釩，說明無定形一水合五氧化二釩粉體在700℃、氨氣流中氮化3小時，可得到純度在95％以上的氮化釩粉體，圖5中五個衍射峰分別是立方相氮化釩111晶面、200晶面、220晶面、311晶面、222晶面的衍射峰。場發(fā)射掃描電鏡測試表明其粒徑在40-50nm。
權(quán)利要求
1.一種制備立方相納米氮化釩粉體的方法，其特征在于以偏釩酸氨為起始原料，先合成一水合五氧化二釩粉體，然后在管式反應(yīng)爐中，于流動氨氣氣氛中合成立方相納米氮化釩粉體；氮化反應(yīng)溫度控制在500-800℃，氮化保溫時間3-5小時。
2.按權(quán)利要求1所述的制備立方相納米氮化釩粉體的方法，其特征在于所述的一水合五氧化二釩粉體的合成是在常壓下將偏釩酸氨溶解到熱的蒸餾水中，用30-60％的硝酸溶液調(diào)節(jié)pH值至2.5-3，在400-800轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)速攪拌下，將1-2M氨水溶液逐滴加入到偏釩酸氨溶液中，使之沉淀，再經(jīng)洗滌、烘干制得。
3.按權(quán)利要求2所述的制備一水合五氧化二釩粉體的方法，其特征在于所述的沉淀溫度為50-70℃，pH＝5-6，沉淀時間為1-12小時。
4.按權(quán)利2所述的一水合五氧化二釩粉體的制備方法，其特征在于所述的洗滌是用無水乙醇溶液，次數(shù)為2-5次。沉淀物烘干條件為80℃、12小時。
5.按權(quán)利要求1所述的制備立方相納米氮化釩粉體的方法，其特征在于所述的氮化反應(yīng)時氨氣流量為0.5～5升/分鐘，氮化的升溫速率為5-10℃/分鐘。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種制備立方相納米氮化釩粉體的方法。主要特征是以沉淀法制備的一水合五氧化二釩(V
文檔編號C01B21/00GK1431146SQ0311549
公開日2003年7月23日 申請日期2003年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月21日
發(fā)明者高濂, 李耀剛 申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所