一種高純球形釕粉的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高純球形釕粉的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高新技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)舒(Ru)及Ru基合金材料的性能提出推來越高的要求。韋了 粉的制備是發(fā)展釕工業(yè)技術(shù)的首要環(huán)節(jié)，滿足一些特殊用途的高純球形釕粉制備技術(shù)還存 在問題。
[0003] 純釕和釕基合金材料在電子產(chǎn)品的制造中作為靶材被廣泛應(yīng)用，而靶材通常要求 材料自身雜質(zhì)含量低、組織成分和晶粒尺寸均勻且致密度高。熔煉法是靶材制作的常用方 法，盡管熔煉法能控制靶材的純度，但組織均勻性較差，且靶材晶粒粗大，同時(shí)，由于室溫條 件下Ru靶的加工性較差，熔煉法制得的靶材后續(xù)機(jī)加工較難進(jìn)行。粉末冶金法適于制備組 織均勻且晶粒細(xì)小的靶材，成為目前制備Ru靶的主要制備方法，常用的燒結(jié)方法有熱等靜 壓、通電燒結(jié)法、真空熱壓法。提供性能滿足要求的Ru粉用以制備Ru靶，成為高性能Ru靶產(chǎn) 業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)。
[0004] 專利文件1發(fā)明了一種用化學(xué)法制備高純釕粉的方法，具體是將粗釕粉經(jīng)蒸餾、吸 收、干燥和烘烤制得Ru0C13顆粒，然后在氫氣中還原為高純Ru粉，純度高于99.995wt%，其 中堿金屬、堿土金屬和過渡金屬雜質(zhì)含量均低于lppm，放射性元素雜質(zhì)含量均低于lOppb， 非金屬雜質(zhì)總含量低于500ppm。但該專利并未表明所制備釕粉顆粒的形貌及其大小。專利 文件2采用電化學(xué)法制備高純釕粉，具體是將粗釕粉(純度低于99.9wt%)作為陽極，通過電 解精煉，在陰極制得高純釕粉。該Ru粉純度高于99.99wt %，其中Na和K含量低于lOppm，F(xiàn)e、 A1和Si低于30ppm，0低于lOOppm。但該專利也未公布所制備f了粉顆粒的形貌及其大小。專利 文件3也是用化學(xué)法制備高純釕粉的方法，具體步驟是將粗釕粉經(jīng)蒸餾、吸收、干燥和烘烤 制得(NH 4)2RuC16顆粒，然后在空氣中煅燒，之后在氫氣中還原為高純海綿Ru，最后球磨制得 高純Ru粉。該Ru粉純度高于99.99wt%，其中鐵、碳、鈉和鉀含量均低于10ppm，氮和氯含量均 小于50ppm，總雜質(zhì)含量(除氣體元素)低于lOOpprn。但該專利所提供的方法制得的釕粉顆粒 形貌及大小的控制精度不高。
[0005] 專利文件 1:US006036741A
[0006] 專利文件 2:US20070240992A1
[0007] 專利文件 3:CN103223493A

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于提供一種高純球形釕粉及其制備方法，在盡可能降低雜質(zhì)含量 的同時(shí)，盡量提高RU顆粒的球形度和尺寸均勻性。
[0009] 本發(fā)明的釕粉為球形、粒徑為10~20μL?，平均粒徑為12μL?，純度大于99.995wt%， 振實(shí)密度為5.1~6.3g/cm 3。釕粉中金屬元素雜質(zhì)（含硅）總含量低于50ppm，其中鐵含量低 于10ppm，鋁含量低于10ppm，鈉、鉀、鈣和硅等其他元素含量均低于10ppm;非金屬雜質(zhì)(不含 娃)總含量低于lOOppm，其中氧含量低于50ppm，碳含量低于30ppm，氮含量低于lOppm，硫含 量低于lOppm。
[0010] 本發(fā)明以海綿釕(〈99.9 % )為原料，采用"蒸餾一一化學(xué)沉淀--霧化造粒一一微 波煅燒"工藝制得高純球形釕粉，具體制備方法包括如下步驟：
[0011] (1)蒸餾/化學(xué)沉淀工藝:采用蒸餾結(jié)合化學(xué)沉淀法，控制溶液(飽和NaOH溶液)溫 度為70~90°C，氯氣流量為30~50L/h，蒸餾氣體(Ru〇4)由濃鹽酸吸收。然后，向該吸收液 (H2RuC1 6溶液）中加入氯化銨(優(yōu)級(jí)純)飽和溶液，過濾沉淀物，至于烘箱中180°C干燥，制得 高純(NH4) 2RuC16粉體；
[0012] (2)霧化干燥工藝:采用霧化干燥法，控制液流量為3.0~8.0ml/min，霧化氣壓為 0 · 1~0 · 5MPa，進(jìn)口溫度為160~220°C，熱空氣氣流量為4 · 0~10 · 0L/min，制得(NH4)2RuC16 球形顆粒，粒徑約為20~30μηι;
[0013] (3)粉體煅燒工藝：：通過微波煅燒球形(ΝΗ4)2RuC 16粉體，制得球形Ru粉。微波煅燒 工藝中，保護(hù)氣氛為N2/H2(Vol 9:1)，從室溫升溫至400~600°C后保溫2h，再升溫至800~ 1000°C保溫2h，隨爐冷卻。整個(gè)煅燒過程都在氣氛保護(hù)下進(jìn)行。
[0014] 本發(fā)明通過化學(xué)除雜結(jié)合霧化干燥和煅燒工藝，制備出了高純球形釕粉，所得釕 粉為球形、粒徑為10~20μηι，平均粒徑為12μηι，純度大于99.995wt%，振實(shí)密度為5.1~ 6.3g/cm 3〇
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明的工藝流程示意圖；
[0016] 圖2為本發(fā)明釕粉的XRD分析圖譜；
[0017]圖3為本發(fā)明釕粉的SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方法對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0019] 實(shí)施例1
[0020] 本發(fā)明所述高純球形釕粉通過如下步驟制得：
[0021] (1)蒸餾/化學(xué)沉淀工藝:選用商用釕粉(純度〈99.9wt % )為原料，先將該釕粉與飽 和氫氧化鈉充分混合，將溶液加熱至85°C，C12流量35L/h，蒸餾氣體(Ru〇4)直接導(dǎo)入濃鹽酸 (吸收液沖，制得H 2RuC16溶液。將飽和NH4C1溶液加入于H2RuC16溶液中，過濾沉淀、干燥制得 高純(NH4) 2RuC16粉體。
[0022] (2)霧化干燥工藝：以高純(順4)2RuC16粉體為原料，控制液流量為6 · OmL/min，霧化 氣壓0.3MPa，進(jìn)口溫度200°C，熱空氣氣流量7.0L/min，制得(NH4)2RuC16球形顆粒，粒徑約為 20 ~30μπι;
[0023] (3)粉體煅燒工藝:控制煅燒氣氛N2/H2(V〇l 9:1)，從室溫升溫至500°C保溫2h，再 升溫至900°C保溫2h，隨爐冷卻，制得球形Ru顆粒，粒徑約為10~20μπι;
[0024] 實(shí)施例2
[0025]與實(shí)施例1不同之處在于，所述蒸餾/化學(xué)沉淀工藝為:飽和氫氧化鈉溶液為90°C， (：12流量501711。所述霧化造粒工藝為:控制液流量為8.〇111171^11，霧化氣壓0.510^，進(jìn)口溫度 220°C，熱空氣氣流量10 . OL/min。所述煅燒工藝為:控制煅燒溫度從室溫升溫至600°C保溫 2h，再升溫至1000°C保溫2h，隨爐冷卻。
[0026] 實(shí)施例3
[0027]與實(shí)施例1不同之處在于，所述蒸餾/化學(xué)沉淀工藝為:飽和氫氧化鈉溶液為80°C， (：12流量401711。所述霧化造粒工藝為:控制液流量為3.〇111171^11，霧化氣壓0.410^，進(jìn)口溫度 160°C，熱空氣氣流量4. OL/min。所述煅燒工藝為:控制煅燒氣氛N2/H2(Vol 9:1)，從室溫升 溫至400°C保溫2h，再升溫至800°C保溫2h，隨爐冷卻。
[0028] 實(shí)施例4
[0029]與實(shí)施例1不同之處在于，所述蒸餾/化學(xué)沉淀工藝為:飽和氫氧化鈉溶液為85°C， ci2流量35L/h。所述霧化造粒工藝為:控制液流量為6. OmL/min，霧化氣壓0.3MPa，進(jìn)口溫度 200°C，熱空氣氣流量7 . OL/min。所述煅燒工藝為：控制煅燒溫度從室溫升溫至500°C保溫 2h，再升溫至900°C保溫2h，隨爐冷卻。
[0030] 比較例1
[0031] 與實(shí)施例3不同之處在于Cl2量增加，提高了粗釕化學(xué)提純的效率。但霧化造粒過 程中，液流量/氣壓壓力過大，使得造粒過程難以進(jìn)行完全，部分氯釕酸銨顆粒并非球形。
[0032] 比較例2
[0033] 與實(shí)施例3不同之處在于Cl2量增加，提高了粗釕化學(xué)提純的效率。同時(shí)，提高霧化 造粒的液流量，提高造粒效率，提高煅燒溫度，使得氯釕酸銨分解更加徹底，Ru粉的非金屬 雜質(zhì)含量更低。
[0034] 采用輝光放電質(zhì)譜儀(GDMS)、碳硫分析儀(C/S)和氧氮分析儀(0/N)析手段對(duì)本發(fā) 明制備的釕粉進(jìn)行純度檢測(cè)，結(jié)果如表1和表2所示。
[0035]表1釕粉金屬雜質(zhì)分析結(jié)果。
[0036] 表2釕粉主要非金屬雜質(zhì)分析結(jié)果。
[0037] 表1高純球形釕粉金屬雜質(zhì)元素(含硅)分析結(jié)果
[0038]
[0039] 注:采用⑶-MS分析檢測(cè)
[0040] 表2高純球形釕粉非金屬雜質(zhì)元素分析結(jié)果
[0041]
[0042] ~注:C和S元素由C/S分析儀檢測(cè)\ 0和N元素由0/N分析儀檢測(cè) ' '
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高純球形釕粉，其特征在于:所述釕粉為球形，粒徑分布為10~20WI1，平均粒徑 (D50)為 12μπι。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述高純球形釕粉，其特征在于:所述球形釕粉中非金屬雜質(zhì)總含量 低于1OOppm，所述球形釕粉不含硅。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述高純球形釕粉，其特征在于:所述釕粉中氧含量低于50ppm，碳含 量低于30ppm，氮含量低于lOppm，硫含量低于lOppm。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述高純球形釕粉，其特征在于:所述釕粉中金屬元素雜質(zhì)含量低于 50ppm〇5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述高純球形釕粉，其特征在于:所述釕粉中鐵含量低于lOppm，鋁含 量低于lOppm，鈉、鉀、或媽元素含量不超過lOppm。6. -種制備權(quán)利要求1所述的高純球形釕粉的方法，其特征在于:采用蒸餾/化學(xué)沉淀 技術(shù)制備高純氯I了酸銨[(NH4)2RuCl6]粉體，具體步驟為： 具體步驟方法包括如下步驟： (1) 蒸餾：以〈99.9wt%的海綿釕為原料，溶解于飽和NaOH溶液，溶液溫度控制在70~90 °C，并通入Cl2，蒸餾氣體(Ru〇4)直接導(dǎo)入濃鹽酸(吸收液）中，制得H2RuC16溶液； (2) 化學(xué)沉淀:將足量的優(yōu)級(jí)純NH4C1飽和溶液加入于出此(：16溶液中，持續(xù)攪拌溶液，過 濾沉淀并干燥，制得高純(NH4)2RuC16粉體； (3) 霧化造粒：以上述0!14)21?11(：16粉體為原料，采用噴霧干燥法，控制液流量為3.〇~ 8.0ml/min，霧化氣壓為0.1~0.5MPa，進(jìn)口溫度為180~220°C，熱空氣氣流量為4.0~ 10.0L/min，制得高純球形(NH4)2RuC16顆粒； (4) 煅燒:將高純球形(NH4)2RuC16顆粒在氣氛為N2/H2(9:lvol)微波煅燒爐內(nèi)，溫度控制 在400~600°C，保溫1~3h，然后升溫至800~1000°C，再保溫2~4h，制得高純球形釕粉。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述方法，其特征在于:霧化干燥技術(shù)制備高純球形釕前驅(qū)體顆粒： 以高純(NH4)2RuC16粉體為原料，制得高純球形(NH4)2RuC16顆粒，粒徑約為20~30μπι。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述方法，其特征在于:微波煅燒技術(shù)制備高純球形釕粉:將高純球 形(NH4)2RuC16顆粒置于微波煅燒爐內(nèi)的保護(hù)氣氛為N2/H2(9:lvol)，制得純度為99.995wt% 以上，粒徑為10-20μηι，球形f了粉，振實(shí)密度為5.1~6.3g/cm3。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高純球形釕粉及其制備方法，所制得的釕粉為平均粒徑12μm的球，純度大于99.995wt％。本發(fā)明以海綿釕(<99.9wt％)為原料，具體步驟方法包括如下步驟：(1)蒸餾：(2)化學(xué)沉淀：(3)霧化造粒：(4)煅燒，制得高純球形釕粉。本發(fā)明通過化學(xué)精煉工藝，制備了純度為大于99.995wt％以上，粒徑為10-20μm的球形釕粉，振實(shí)密度為5.1～6.3g/cm3，粉體流動(dòng)性好。該釕粉可用于生產(chǎn)磁記錄靶材和電極材料，市場(chǎng)需求巨大，應(yīng)用前景廣闊。同時(shí)，該制粉工藝也可用于指導(dǎo)生產(chǎn)其他金屬粉體。
【IPC分類】B22F9/20
【公開號(hào)】CN105458278
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510893339
【發(fā)明人】易偉, 沈月, 聞明, 管偉明, 譚志龍, 王傳軍, 張俊敏, 張秋波, 畢珺, 趙盤巢, 陳家林
【申請(qǐng)人】貴研鉑業(yè)股份有限公司
【公開日】2016年4月6日
【申請(qǐng)日】2015年12月8日