本發(fā)明屬于無機微晶材料制備的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三維海參狀氮化釩微晶的制備方法。

背景技術(shù)：

氮化釩(vn)，別名釩氮合金，屬于新型合金，作為一種添加劑替代釩鐵用于微合金化鋼的生產(chǎn)，能夠最大程度地提高鋼的強度、韌性、延展性及抗熱疲勞性等綜合機械性能，并使鋼具有良好的耐高溫性和焊接性。vn也是一種良好的催化劑,具有高催化活性、高選擇性、良好的穩(wěn)定性和抗中毒性能。在vn的應(yīng)用研究中，其形貌各向異性結(jié)構(gòu)材料(包括納米管、納米線、納米棒、納米帶、納米球及特殊形貌等)所具有的表面特性、結(jié)晶過程以及催化活性等物理化學(xué)性質(zhì)也存在明顯的差異，因此制備不同形貌vn是近年來研究的熱點之一，并具有廣闊的市場應(yīng)用價值。

迄今為止，在特定的反應(yīng)條件下，已成功制備出各種具有特殊形貌的vn。如在大氣壓下用n2/ar/h2微波等離子焰分解氣態(tài)的vocl5,得到球形的納米顆粒；常溫下讓vcl4和nanh2反應(yīng)，得到中空球狀氮化釩顆粒；采用靜電紡絲技術(shù)已制備氮化釩納米帶、納米纖維；離子濺射法得到氮化釩薄膜等。因此，不同形貌vn的制備是其優(yōu)異性能得以充分實現(xiàn)的關(guān)鍵，同時如果能有效控制vn的形貌，使其呈現(xiàn)出一定的特殊結(jié)晶形態(tài)，則能更好的擴展vn的應(yīng)用領(lǐng)域。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題，是提供一種簡單高效、穩(wěn)定經(jīng)濟的直流電弧等離子體放電法，一步快速制備三維海參狀氮化釩微晶。

直流電弧放電裝置結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。圖1中1為玻璃真空鐘罩，2為冷凝壁，是套筒式結(jié)構(gòu)以便通循環(huán)冷卻水，3為鎢棒陰極，4為內(nèi)嵌石墨鍋(與銅鍋一起構(gòu)成陽極)，5為銅鍋陽極，銅鍋陽極也有夾層以便通循環(huán)冷卻水，6為進水口，7為出水口，8為進氣口，9為出氣口。本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：

一種三維海參狀氮化釩微晶的制備方法，在直流電弧放電裝置中進行制備；首先將金屬釩粉末壓成形狀大小與石墨鍋契合的金屬釩片，把金屬釩片放入石墨鍋，再把石墨鍋放入直流電弧反應(yīng)腔室的陽極銅鍋中，陰極鎢棒固定懸于石墨鍋上方，并將反應(yīng)腔室處于真空狀態(tài)；其次，在冷凝壁套筒和陽極銅鍋夾層中通入循環(huán)冷卻水，向反應(yīng)腔室通入氮氣，再進行起弧放電，保持電流70～80a，反應(yīng)15～30分鐘后切斷電源；最后繼續(xù)通循環(huán)冷卻水，并在氮氣氣氛中冷卻至室溫，在石墨鍋處收集樣品，獲得純凈的三維海參狀氮化釩微晶。

所述的反應(yīng)腔室通入氮氣，是使反應(yīng)腔室內(nèi)氮氣氣壓升至40kpa并保持不變。

起弧放電過程中，在冷凝壁套筒和陽極銅鍋夾層中通入循環(huán)冷卻水是制備氮化釩的必要條件。一方面，由于冷卻水的作用，使反應(yīng)腔內(nèi)各處與極間區(qū)域產(chǎn)生反應(yīng)環(huán)境所需的溫度梯度場。另一方面，當(dāng)切斷高壓電源后，石墨鍋仍具有很高的溫度，保持循環(huán)冷卻水開路，降溫的同時也起到淬火的作用。伴隨氮氣氣氛中的鈍化，最終可得到純凈無雜質(zhì)的三維海參狀氮化釩微晶。

所述的在氮氣氣氛中冷卻，是在氮氣氣氛中冷卻鈍化6小時。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極進步效果在于：本發(fā)明采用制備工藝簡單高效、穩(wěn)定經(jīng)濟的直流電弧等離子體放電法，首次成功地一步制備出三維海參狀氮化釩微晶，得到的樣品純度高，形貌新穎。

附圖說明

圖1直流電弧等離子體放電裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2三維海參狀氮化釩微晶的x射線衍射(xrd)譜圖。

圖3三維海參狀氮化釩微晶的掃描式電子顯微鏡(sem)圖。圖中長方形區(qū)域為電子能譜的選區(qū)。

圖4三維海參狀氮化釩微晶的選區(qū)電子能譜分析(eds)圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的實質(zhì)特點更易于理解，下面結(jié)合附圖及較佳實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的詳盡闡述。但以下關(guān)于實施例的描述及說明對本發(fā)明保護范圍不構(gòu)成任何限制。

實施例1

稱量3.2g高純金屬釩粉末，用壓片機壓成高7mm，直徑12mm的圓柱形金屬釩片；把金屬釩片放入和自身形狀大小完全契合的石墨鍋內(nèi)，再把石墨鍋放入直流電弧反應(yīng)腔室的陽極銅鍋中，陰極鎢棒固定懸于石墨鍋正中間上方1.5cm處，將反應(yīng)腔室處于真空狀態(tài)；循環(huán)冷卻水保護狀態(tài)下，通入反應(yīng)氣氮氣40kpa，進行起弧放電，保持電流75a，反應(yīng)15～30分鐘后切斷電源，在氮氣氣氛中冷卻鈍化6小時(基本冷卻到室溫)，在石墨鍋處收集樣品，可獲得純凈的三維海參狀氮化釩微晶。

圖2是本實施例制得的三維海參狀氮化釩微晶的x射線衍射(xrd)譜圖，所有衍射峰位置與jcpds標(biāo)準(zhǔn)卡片比對可知，沒有發(fā)現(xiàn)雜相峰，獲得的產(chǎn)物純凈無雜質(zhì)，為面心立方結(jié)構(gòu)的氮化釩。三維海參狀氮化釩微晶的掃描式電子顯微鏡(sem)譜圖見圖3所示，產(chǎn)物微結(jié)構(gòu)及其結(jié)構(gòu)單元單分散性較好、形貌均一、表面清潔無雜質(zhì)、形狀似海參，海參狀結(jié)構(gòu)顆粒主體長約1～3μm，直徑約1～2μm，表面海參狀結(jié)構(gòu)由粒徑100nm的納米晶和分布于表面的針狀晶須聚集而成，晶須長度為200nm。圖4和表1為三維海參狀氮化釩微晶的選區(qū)電子能譜分析(eds)譜圖和測試分析結(jié)果列表，由圖表可知，三維海參狀氮化釩微晶只由v和n兩種元素組成，且原子比例接近1:1，與xrd獲得的數(shù)據(jù)很好的吻合。

表1三維海參狀氮化釩微晶的選區(qū)電子能譜分析(eds)參數(shù)及結(jié)果。

在氮氣氣壓40kpa條件下，放電電流在比75a高5a和低5a的范圍內(nèi)，也能夠得到表面清潔無雜質(zhì)的三維海參狀氮化釩微晶。

以上所述的實施例僅對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護范圍內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明一種三維海參狀氮化釩微晶的制備方法，屬于納米材料合成領(lǐng)域。制備步驟是將金屬釩粉末壓制成圓柱狀金屬釩片，將金屬釩片放入與其形狀大小契合的石墨鍋內(nèi)，石墨鍋內(nèi)嵌于直流電弧反應(yīng)腔室的陽極銅鍋中，陰極鎢棒懸于石墨鍋正上方；在冷凝壁套筒和陽極銅鍋夾層中通入循環(huán)冷卻水，向反應(yīng)腔室通入反應(yīng)氣氮氣，進行起弧放電，保持電流70～80A；切斷電源后，在氮氣氣氛中冷卻鈍化6小時，獲得三維海參狀氮化釩微晶，主體長約1～3μm，直徑約1～2μm，表面海參狀結(jié)構(gòu)由粒徑100nm的納米晶和分布于表面的針狀晶須聚集而成，晶須長度約為200nm。制備工藝簡單高效穩(wěn)定經(jīng)濟，重復(fù)性高，樣品純度高，形貌新穎，有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：高偉;李鑫;殷紅;韓作良;高麗瑩;李鑫峽;孫多
受保護的技術(shù)使用者：吉林大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.11
技術(shù)公布日：2017.09.12