專利名稱：一種納米鎢銅稀土復(fù)合粉的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米鎢銅稀土復(fù)合粉的制備方法，特別是采用高溫瞬間分解技術(shù)制備納米鎢銅稀土復(fù)合粉的方法。
背景技術(shù)：
納米鎢銅復(fù)合材料兼具鎢與銅的優(yōu)良特性，廣泛應(yīng)用于電極材料、電接觸材料、電 子封裝材料和熱沉材料等，但是鎢、銅元素互不溶解、熔點相差大、潤濕性差且燒結(jié)后致密 度低的缺點導(dǎo)致了鎢銅復(fù)合材料性能的降低、生產(chǎn)成本的提高。近年來國內(nèi)外對納米鎢銅復(fù)合粉的制備方法主要有機械合金化法、機械化學(xué)法、 噴霧干燥法等。機械合金化法在粉末制備階段(球磨階段)會引入一定量的雜質(zhì)元素，粉末 制備時間長，一般在IOh以上，甚至60h ；機械化學(xué)法相對機械合金化法能縮短粉末制備時 間和防止污染，但是用該方法制備納米鎢銅復(fù)合粉料步驟復(fù)雜、還原溫度高、能耗大；噴霧 干燥法溶液分散均勻，防止了成分偏析，所制得氧化物粒子多為球形，流動性好，易于處理， 但是存在分解還原過程時間比較長，需要IOh左右。另外有學(xué)者加入Ni、Pd等添加劑改善 粉末的潤濕性，但是降低了材料的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種納米鎢銅稀土復(fù)合粉的制 備方法，通過該方法制備鎢銅復(fù)合粉體，改善了其粒度、均勻性、致密性和材料的綜合性能， 并降低生產(chǎn)能耗和縮短生產(chǎn)周期。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種納米鎢銅稀土復(fù)合粉的制備方法，具體為1)選擇可溶性鎢鹽、可溶性銅鹽作為原料；2)將原料按質(zhì)量比W :20% 80%，Cu :20 80%配制成濃度為20% 50%的溶 液；3)加入酸溶液以控制步驟2)中溶液的pH值為3 5 ；4)加入0. 01wt% 0. 5wt%的微量稀土合金化元素，攪拌均勻后得到較飽和溶液 或近膠體；5)將溶液或近膠體按已知手段進行噴霧干燥，使溶劑快速蒸發(fā)，生產(chǎn)出近球形的 前驅(qū)體粉末；6)將前驅(qū)體粉末在高溫快速分解爐中煅燒，使前驅(qū)體粉末產(chǎn)生快速分解，得到鎢 銅稀土氧化物復(fù)合粉末；7)將鎢銅稀土氧化物復(fù)合粉末在還原性氣氛中還原，得到納米鎢銅稀土復(fù)合粉。進一步，所述步驟1)中可溶性鎢鹽為仲鎢酸銨、偏鎢酸銨、鎢酸鈉、偏鎢酸鈉中的 一種或幾種；可溶性銅鹽為氯化銅、硫酸銅、硝酸銅中的一種或幾種。進一步，所述步驟4)中稀土合金化元素為釔、鑭、鈰、釓中的一種或幾種。進一步，所述步驟5)中噴霧干燥進風(fēng)溫度為200°C 300°C，進料流量為200 400ml/min。進一步，步驟6)中高溫快速分解爐采用流態(tài)化床將前驅(qū)體固體粉末流態(tài)化并通 過耐熱管路輸送，在管路的外部設(shè)有一加熱裝置，前驅(qū)體粉末煅燒后進入一收料裝置，煅燒 溫度為800°C 1200°C，煅燒時間為5 20min，送料速度50_100g/min。進一步，所述步驟7)中還原性氣氛為H2、C0、N2+H2或者C0+H2，還原溫度為650°C 900°C，還原時間為0. 5h 2h，還原氣體流速為0. 6L/min。進一步，所述步驟3)中酸溶液為硝酸溶液或鹽酸溶液或兩者的混合溶液。進一步，所述步驟5)中采用壓力噴霧干燥機進行噴霧干燥。本發(fā)明在原始溶液的制備與混合工序中添加微量稀土合金化元素，細(xì)化晶粒，提 高致密性；使用高溫快速分解技術(shù)抑制晶粒長大，降低能源消耗和銅損耗，提高鎢銅復(fù)合粉 的均勻性。稀土元素Y、Ce、La、Gd通過微合金化細(xì)化晶粒，在煅燒、高溫還原和粉末制品燒 結(jié)過程中均能有效抑制晶粒長大，并能優(yōu)先吸附P、0等雜質(zhì)元素而降低雜質(zhì)偏析，高溫快 速分解避免了銅濃度梯度現(xiàn)象，能有效、準(zhǔn)確地實現(xiàn)預(yù)定配比。使用本發(fā)明制備納米鎢銅復(fù) 合粉可使生產(chǎn)周期短、能耗和銅損耗小、產(chǎn)品的粒度、均勻性、致密性和材料的綜合性能均 得到提高。
具體實施例方式實施例1 1)稱取630g Cu (N03)2 3H20、356g偏鎢酸銨溶解于1830g H20中，配制成濃度約 為30%的混合溶液；2)加入濃度為50 %的硝酸溶液調(diào)節(jié)上述溶液PH值至3 ；3)加入2g硝酸釔，均勻攪拌，得到較高飽和度的溶液或近膠體；4)將溶液或溶膠壓力噴霧干燥機進行噴霧干燥，噴霧干燥進風(fēng)溫度為200°C 250°C，出風(fēng)溫度為180°C 200°C，進料流量為300ml/min，得到前驅(qū)體粉末；5)將前驅(qū)體粉末用高溫快速分解爐進行煅燒，其采用流態(tài)化床將前驅(qū)體固體粉末 流態(tài)化并通過耐熱管路輸送，在管路的外部設(shè)有一加熱裝置，前驅(qū)體粉末煅燒后進入一收 料裝置，煅燒溫度為800°C，煅燒時間為20min，得到鎢銅稀土氧化物復(fù)合粉末；6)將鎢銅稀土氧化物復(fù)合粉末在已知還原設(shè)備中用純氫氣在650°C還原60min， 得到含銅40襯％鎢60襯％的納米鎢銅稀土復(fù)合粉，粉末粒徑為43納米。實施例2 1)稱取236g Cu(N03)2 —^OJSeg偏鎢酸銨溶解于755g H20中，配制成濃度約為 40%的混合溶液；2)加入濃度為50 %的鹽酸溶液調(diào)節(jié)上述溶液PH值至4 ；3)加入3g硝酸鈰，均勻攪拌，得到較高飽和度的溶液或近膠體；4)將溶液或溶膠噴霧干燥，噴霧干燥進風(fēng)溫度為200°C 250°C，出風(fēng)溫度為 180°C 200°C，進料流量為200ml/min，得到前驅(qū)體粉末；5)將前驅(qū)體粉末用高溫快速分解爐進行煅燒，煅燒溫度為1100°C，煅燒時間為 7min，得到納米級鎢銅稀土氧化物復(fù)合粉末；6)將鎢銅稀土氧化物復(fù)合粉末在還原設(shè)備中用“氫氣+氮氣”在750°C還原50min，得到含銅20襯％鎢80wt%納米鎢銅稀土復(fù)合粉，粉末粒徑為38納米。實施例3 1)稱取630g Cu(N03)2 *31120、6(^偏鎢酸銨溶解于2055g H20中，配制成濃度約為 20%的混合溶液；2)加入濃度為50 %的硝酸+鹽酸混合溶液調(diào)節(jié)上述溶液PH值至5 ；3)加入lg硝酸釓，均勻攪拌，得到較高飽和度的溶液或近膠體；4)將溶液或溶膠噴霧干燥，噴霧干燥進風(fēng)溫度為250°C 300°C，出風(fēng)溫度為 180°C 200°C，進料流量為400ml/min，得到前驅(qū)體粉末；5)將前驅(qū)體粉末用高溫快速分解爐中煅燒，煅燒溫度為1200°C，煅燒時間為 5min，得到納米級鎢銅稀土氧化物復(fù)合粉末；6)將鎢銅稀土氧化物復(fù)合粉末在還原設(shè)備中用純氫氣在900°C還原30min，得到 含銅80襯％鎢20wt%納米鎢銅稀土復(fù)合粉，粉末粒徑為45納米。實施例4 1)稱取286g CuCl2 *21120、356§偏鎢酸銨溶解于522g H20中，配制成濃度約為50% 的混合溶液；2)加入濃度為50 %的硝酸溶液調(diào)節(jié)上述溶液PH值至4 ；3)加入2g硝酸鑭，均勻攪拌，得到較高飽和度的溶液或近膠體；4)將溶液或溶膠噴霧干燥，噴霧干燥進風(fēng)溫度為200°C 300°C，出風(fēng)溫度為 180°C 200°C，進料流量為200ml/min，得到前驅(qū)體粉末；5)將前驅(qū)體粉末用高溫快速分解爐進行煅燒，煅燒溫度為900°C，煅燒時間為 15min，得到鎢銅稀土氧化物復(fù)合粉末；6)將鎢銅稀土氧化物復(fù)合粉末在還原設(shè)備中用純氫氣在750°C還原50min，得到 含銅30襯％鎢70wt%納米鎢銅稀土復(fù)合粉，粉末粒徑為49納米。其中Cu (N03) 2 3H20 分子量 241. 6 ；Cu 原子量 63. 5 ；含 Cu26. 2831%CuS04 5H20 分子量 249. 68 ；Cu 原子量 63. 5 ；含 Cu25. 4326%CuCl2 2H20 分子量 170. 48 ；Cu 原子量 63. 5 ；含 Cu37. 2478%偏鎢酸銨(NH4)6H2ff12040 XH20 含 W03 彡 88 % ；鎢的原子量是 183. 85 ；含 W69. 7813%Y (N03) 3 6H20 分子量 383. 6 ；Y 原子量 88. 9 含 Y23. 1752 %Ce (N03) 3 6H20 分子量 434. 82 ；Ce 原子量 140. 12 含 Ce32. 2248 %La (N03) 3 6H20 分子量 433. 61 ；La 原子量 138.91 含 La32.0357%Gd (N03) 3 6吐0分子量 451.95 ；Gd 原子量 157. 25 含 Gd34. 7937%本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果，體現(xiàn)在a.本發(fā)明制備的粉末，粒度控制在20 50nm以內(nèi)，純度可以達(dá)到99. 95%以上； 粉末中的含氧量小于0. 1% ；b.本發(fā)明制備的粉末，鎢銅成分的比例可以在1 10以內(nèi)任意調(diào)節(jié)；c.本發(fā)明制備的粉末，具有良好的燒結(jié)特性，經(jīng)燒結(jié)后相對致密度可以達(dá)到 99. 8%以上；
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d.本發(fā)明制備的粉末，生產(chǎn)周期較現(xiàn)有的超細(xì)鎢銅粉末制備工藝短；e.本發(fā)明制備的粉末，由于顆粒小、燒結(jié)活性大，燒結(jié)溫度較現(xiàn)有的鎢銅粉末制備 工藝低200°C左右。
權(quán)利要求
一種納米鎢銅稀土復(fù)合粉的制備方法，具體為1)選擇可溶性鎢鹽、可溶性銅鹽作為原料；2)將原料按質(zhì)量比W20％～80％，Cu20～80％配制成濃度為20％～50％的溶液；3)加入酸溶液以控制步驟2)中溶液的pH值為3～5；4)加入0.01wt％～0.5wt％的微量稀土合金化元素，攪拌均勻后得到較飽和溶液或近膠體；5)將溶液或近膠體按已知手段進行噴霧干燥，使溶劑快速蒸發(fā)，生產(chǎn)出近球形的前驅(qū)體粉末；6)將前驅(qū)體粉末在高溫快速分解爐中煅燒，使前驅(qū)體粉末產(chǎn)生快速分解，得到鎢銅稀土氧化物復(fù)合粉末；7)將鎢銅稀土氧化物復(fù)合粉末在還原性氣氛中還原，得到納米鎢銅稀土復(fù)合粉。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟1)中可溶性鎢鹽為仲鎢酸銨、偏鎢 酸銨、鎢酸鈉、偏鎢酸鈉中的一種或幾種；可溶性銅鹽為氯化銅、硫酸銅、硝酸銅中的一種或 幾種。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟4)中稀土合金化元素為釔、鑭、鈰、 釓中的一種或幾種。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟5)中噴霧干燥進風(fēng)溫度為 200°C 300°C，進料流量為 200 400ml/min。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟6)中高溫快速分解爐采用流態(tài)化床 將前驅(qū)體固體粉末流態(tài)化并通過耐熱管路輸送，在管路的外部設(shè)有一加熱裝置，前驅(qū)體粉 末煅燒后進入一收料裝置，煅燒溫度為800°C 1200°C，煅燒時間為5 20min，送料速度 50-100g/min。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟7)中還原性氣氛為吐、0)、隊+112或 者C0+H2，還原溫度為650°C 900°C，還原時間為0. 5h 2h，還原氣體流速為0. 6L/min。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3)中酸溶液為硝酸溶液或鹽酸溶 液或兩者的混合溶液。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟5)中采用壓力噴霧干燥機進行噴 霧干燥。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種納米鎢銅稀土復(fù)合粉的制備方法，特別是溶膠-噴霧干燥-高溫瞬間分解技術(shù)制備納米鎢銅復(fù)合粉的方法。為改善鎢銅復(fù)合粉體的粒度、均勻性、致密性和材料的綜合性能，并降低生產(chǎn)能耗和縮短生產(chǎn)周期，本發(fā)明在原始溶液的混合工序中添加微量稀土合金化元素，可細(xì)化晶粒、提高粉體燒結(jié)后的致密性，使用新型高溫瞬間分解技術(shù)抑制晶粒長大、降低能源消耗和銅損耗，提高鎢銅復(fù)合粉的均勻性。使用本發(fā)明制備納米鎢銅復(fù)合粉的特點是生產(chǎn)周期短，能耗和銅損耗小、產(chǎn)品的粒度、均勻性、致密性和材料的綜合性能均得到提高。
文檔編號B22F9/26GK101875134SQ20091025993
公開日2010年11月3日 申請日期2009年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日
發(fā)明者劉飛飛, 林靜章, 鐘守正, 龔云生 申請人:云泰硬質(zhì)合金(贛州)有限公司