一种高纯靶材用钌粉的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高纯靶材用钌粉的制备方法，其步骤包括（1）电化学溶解：将纯度为99.9%的粗钌粉放到装有盐酸的电解槽内，向槽内的两个电极之间施加电压，使钌粉在盐酸溶液中发生电解反应得到氯钌酸溶液；（2）氢氧化钠沉淀：将步骤（1）所得溶液置于反应釜中，在搅拌条件下投入优级纯氢氧化钠进行反应，冷却至室温后过滤得到水合氧化钌沉淀，过滤并用超纯水洗涤并干燥；（3）氢气热还原：将步骤（2）所得钌的氧化物干燥后放入管式炉中通氢还原，获得高纯靶材用钌粉产品。本发明专利技术工艺流程简单，易于实施，钌粉的纯度大于99.999%，球形，粒径5～30μm。μm。μm。

【技术实现步骤摘要】
一种高纯靶材用钌粉的制备方法


[0001]本专利技术属于粉末冶金
，具体涉及一种高纯靶材用钌粉的制备方法。

技术介绍

[0002]钌为硬质的白色金属，晶体为紧密六方体构型，很难进行机械加工，密度12.30g/cm
‑3，属轻铂族金属，熔点2427℃，沸点4119℃。钌的化学性质非常稳定，普通的酸甚至王水加热条件下均不能将其腐蚀，对氢氟酸也有抵御力；室温条件下，液态氯、液态溴及溶于醇的碘能轻微氧化钌的表层；钌对熔融状态下的金属如Li、K、Na、Pb、Cu、Ag和Au均有抵御力；与强碱氧化物或氢氧化物、硝酸盐或氯酸盐等盐类和氰化物在熔融的状态下发生反应。有氧气存在的条件下，当温度达到450℃以上时，钌能与氧气缓慢反应，产物为略有挥发性的二氧化钌。在300℃时，氟与钌可以生成RuF5，而在450℃时，钌则可以和氯发生作用生产RuCl3。靶材为高速荷能粒子轰击的目标材料，主要应用于电子信息行业，如信息存储、激光存储器、集成电路、电子控制器件、液晶显示屏等。通过磁控溅射钌靶技术生产计算机硬盘的磁记录层，存储容量高达1000Gbit/sq，是钌的一项重要应用。二氧化钌的比电容768F/g，内电阻1.08Ω，且有良好的电化学稳定性，在长时间使用过程中，电容与内阻基本保持不变，是目前最佳超级电容器电极材料。钌厚膜电阻浆料性能优良，其中阻值范围为10Ω
‑
1MΩ，噪音10
‑
26dB，电阻温度系数
±
300ppm/℃，在热温环境、温度循环和老化后电阻漂移小，一般小于0.2%，其电阻率重现性好，防潮性和电、热性能稳定，且不受还原性气氛的影响，在烧成过程中不与玻璃发生化学反应，工艺容易掌握。高纯钌粉的主要用途是制备钌靶材，钌靶在纯度和形貌结构方面有严格的要求。化学纯度必须在99.999%以上，要求碱金属、过渡金属元素、放射性元素、气体元素等杂质含量非常低，粒度必须控制在100μm以下，且钌粉形貌越规整、粒度越均一越有利于靶材的制备。目前己知的制取方法有化学沉淀法、电子束熔炼法、二氧化钌氢还原法等。但这些方法制备的钌粉纯度低，团聚严重，粒度分布不均，粉末流动性差，振实密度低。因此，开发钌粉制备的新技术至关重要。
[0003]专利文件1（CN101797649A）公布了一种靶材用钌粉的制备工艺：采用两段分步氧化蒸馏技术，第一段加入H2O2作为氧化剂将锇分离，第二段加H2SO4和NaClO3氧化蒸馏，挥发的RuO4用盐酸吸收液吸收，重复第二段氧化蒸馏过程。将钌的盐酸吸收液进行浓缩至钌含量为30
‑
60g/L，保温的条件下加入H2O2，搅拌的状态下加入NH4Cl进行沉淀，生成的(NH4)2RuCl6洗涤干燥。(NH4)2RuCl6在500
‑
800℃条件下通氮保温3
‑
4小时，然后通氢下升温至1000℃，保温3
‑
4小时后降温得到海绵钌。将海绵钌用50mL王水与HF的混合酸在聚四氟烧杯中煮洗5
‑
10分钟，过滤并用超纯水洗至中性，烘干后得到99.999%的高纯钌粉。该方法未提及钌粉的形貌结构，在1000℃下还原得到的钌粉容易团聚。
[0004]专利文件2（CN101289229）公开了一种钌粉的制备方法。其过程为：在80～95℃下保持钌的盐酸溶液3小时以上后，一边使搅拌机的转数达到每分钟200转以上进行搅拌一边加入氯化铵，一边在85～95℃下搅拌1小时以上一边保持，生成六氯钌酸铵的沉淀，通过过滤制造出含水率为10质量％以下的六氯钌酸铵结晶物，在500～800℃的条件下煅烧六氯钌
酸铵，冷却后破碎过筛得到粒度很小的钌颗粒，在将此颗粒在800～1000℃的条件下煅烧得到高纯钌粉。该方法在破碎过程中容易引入杂质。
[0005]文献3（J.
‑
M O H, B.
‑
K L, H.
‑
K P, et al. Preparation and Purity Evaluation of 5N
‑
Grade Ruthenium by Electron Beam Melting[J]. Materials Transactions, 2012, 53(9):1680.）报道了一种钌粉的制备方法，其过程为：将纯度为99.962%的钌粉置于真空电子束熔炼炉内，在1773K的温度及5
×
10
‑3Pa真空度下烧结，在熔炼提纯过程中，由于杂质的熔沸点较低，优先挥发，熔炼4分钟后钌粉纯度达999.992%，该方法难于控制钌粉的形貌结构及粒度。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种高纯靶材用钌粉的制备方法，在保证纯度的同时，尽量使形貌规整，增加流动性。
[0007]本专利技术制成高纯靶材用钌粉为球形，流散性好，粒径5～30μm，平均粒径为20μm，纯度大于99.999%。
[0008]为实现上述目的，本专利技术一种高纯靶材用钌粉的制备方法如下。
[0009]（1）电化学溶解：将纯度为99.9%的粗钌粉放到装有盐酸的电解槽内，向槽内的两个电极之间施加电压，使钌粉在盐酸溶液中发生电解反应得到氯钌酸溶液。
[0010]（2）氢氧化钠沉淀：将步骤（1）所得溶液置于反应釜中，在搅拌条件下投入优级纯氢氧化钠进行反应，冷却至室温后过滤得到水合氧化钌沉淀，过滤并用超纯水洗涤后干燥。
[0011]（3）干氢气热还原：将步骤（2）所得钌的氧化物干燥后放入管式炉中通氢还原，获得高纯靶材用钌粉产品。
[0012]本专利技术通过电化学溶解、氢氧化钠沉淀等工艺，制备出了高纯球形钌粉，工艺流程简单，易于实施，所得粉末的纯度大于99.999%，颗粒微米级，流散性好，粒径5～30μm。
附图说明
[0013]图1为本专利技术的工艺流程图。
[0014]图2为本专利技术钌粉的XRD分析图谱。
[0015]图3为本专利技术钌粉的SEM图。
具体实施方式
[0016]本专利技术先后进行过多次试验，现举一部分试验结果作为参考实例对专利技术进行详细描述及验证其效果。
实施例一
[0017]本专利技术一种高纯靶材用钌粉的制备方法如下。
[0018]（1）电化学溶解：将粗钌粉放入电解槽中，加入浓盐酸，在电极间施加60V电压，在电解槽下方留有放液口，放液口处有玻璃磨砂滤网，电解槽上方有HCl气体吸收装置。
[0019]（2）氢氧化钠沉淀：将杂质含量极低的氯钌酸溶液置于反应釜中，在搅拌条件下投入优级纯氢氧化钠进行沉淀反应，氢氧化钠沉淀的条件为：控制氯钌酸溶液的浓度为30g/
L，温度为100
°
C，冷却至室温后过滤得到水合氧化钌沉淀，沉淀反应在通风橱内进行，干燥温度100
°
C，干燥时间36h。
[0020]（3）氢气还原：将水合氧化钌沉淀干燥后放入管式炉内通氢还原，还原条件为：还原温度600
°...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高纯靶材用钌粉的制备方法，其特征在于包含以下工艺步骤：（1）电化学溶解：将粗钌粉放入装有盐酸的电解槽中，搅拌均匀后，在两个石墨电极上施加电压，钌发生电解反应生成氯钌酸，反应不完全时继续向电解槽内添加盐酸，直至钌粉溶解完全，反应结束后氯钌酸溶液过滤两次，防止未电解完全的固体进入溶液中；（2）氢氧化钠沉淀：将氯钌酸溶液置于双层玻璃反应釜中加热，在搅拌状态下，投入优级纯氢氧化钠，得到微米级球形水合氧化钌沉淀，过滤并用超纯水洗涤、干燥；（3）氢气热还原：将步骤（2）所得水合氧化钌干燥后放入管式炉中控制温度通氢还原，获得高纯球形钌粉产品。2.根据权利要求1所述的一种高纯...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴慧明，王俊，付子超，桂向楠，桂剑标，
申请(专利权)人：江西金海岛新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：