本发明专利技术属于粉末冶金技术领域。冷冻干燥技术制备纳米钴粉的研究，至今国内外还没有相关报道。本发明专利技术包括以下步骤：将草酸钴［ＣｏＣ↓［２］Ｏ↓［４］.２Ｈ↓［２］Ｏ］晶体粉末溶于氨水中，得澄清的钴氨络合物溶液；使用通用氮气喷枪，将上述澄清溶液分散在液氮中预冻；将上述液氮中预冻后的冻结物置于冻干机中进行真空干燥得到前驱体；对上述干燥后的前驱体实行氢气还原，氢气流量为０．１立方米／小时～０．３立方米／小时，２００℃～４００℃还原，保温２小时～８小时得到纳米钴粉。采用本发明专利技术工艺简单，对设备要求低，原料便宜易得，还原温度比通常的工业法的还原温度低３００℃左右，大大降低了能耗。制备出的钴粉分散性好、粒度分布窄、形貌均匀，且不需要添加表面活性剂，避免了杂质元素的引入。
【技术实现步骤摘要】
，属于粉末冶金
技术介绍
钴，坚硬、有延展性的蓝灰色金属，富有光泽。地壳中丰度为0.0025％。中国是全球第二大钴生产国，也是精炼钴的第二大消费国，据统计1998年到2004年，中国精炼钴消费量的年平均增长率为20.7％，2004年精炼钴消费量达到9500吨，其中电池行业是第一大消费领域，占57％，色釉料行业占14％，磁性材料占8％。日本为世界第一大钴消费国，60％用在电池领域，第三大钴消费国美国，55％用于制造超级硬质合金。超细钴粉由于其特殊的物理、化学性能，在硬质合金、电池、催化剂、磁性材料、吸波材料、陶瓷等领域的应用中表现出许多优异的性能。例如，用超细钴粉制成永磁记录材料，可使磁带和软硬盘的记录密度提高数十倍，并能大幅度改善它们的保真性能。同时由于超细钴粉对电磁波的特殊吸收作用，可作为军用高性能毫米波隐形材料，可见光、红外线隐形材料和结构式隐形材料，手机辐射屏蔽材料。在硬质合金方面使用的超细钴粉由于合金的横向断裂强度、硬度和密度都得到了提高，使其具有更高的的耐磨性与抗裂性。如能在钴粉特别是在超细钴粉的制备和应用上有进展，对充分利用资源、提高经济效益，缩短与发达国家间的差距都具有重要意义。文献调查的结果表明，冷冻干燥技术制备纳米钴粉的研究，至今国内外还没有相关报道。
技术实现思路
采用本专利技术制备纳米钴粉，其工艺十分简单，对设备要求低，原料便宜易得。本专利技术的还原温度比通常的工业法的还原温度低300℃左右，大大降低了能耗。制备出的钴粉分散性好、粒度分布窄、形貌均匀，且不需要添加表面活性剂，避免了杂质元素的引入。本专利技术所提供的，其特征在于它包括以下步骤1)将草酸钴晶体粉末溶于氨水中，得澄清的钴氨络合物溶液；2)使用通用氮气喷枪，将上述澄清溶液分散在液氮中预冻；3)将上述液氮中预冻后的冻结物置于冻干机中进行真空干燥得到前驱体；4)对上述干燥后的前驱体实行氢气还原，氢气流量为0.1立方米/小时～0.3立方米/小时，200℃～400℃还原，保温2小时～8小时得到纳米钴粉。步骤2)所述的氮气喷枪，其压力为1.5大气压～3.5大气压。步骤3)所述的真空干燥，其中冻干机的执行程序为在0分钟～2000分钟内的工作压力为450毫托、温度为-20℃；在2000分钟～3700分钟内的工作压力为300毫托、温度为-11℃；在3700分钟～5000分钟内的工作压力为150毫托、温度为-6℃；在5000分钟～5800分钟内的工作压力为80毫托、温度为0℃；在5800分钟～6000分钟内的工作压力为5毫托、温度为15℃。本专利技术采用液氮预冻-冷冻干燥法，可以防止溶液组分的偏聚和结晶，同时得到非晶态的粉末。再通过低温氢气还原，得到纳米级的晶粒尺寸的钴粉。从图1的X衍射图谱可以知道，最终产品的物相组成仅有钴。从图2的场发射扫描电子显微镜的图像可以看出，采用液氮预冻-冷冻干燥-氢气还原的方法获得的粉末大小分布均匀，颗粒约为40-50nm的粉末。由此可知，用冻干法制备的粉体晶粒明显细化，尺寸达到纳米级，从而可提高表面活性、表面纯度、比表面积，具有极大的表面效应和体积效应。附图说明图1本专利技术制备方法实例1的纳米粉体X衍射图谱；图2本专利技术制备方法实例1的纳米粉体FESEM像； 具体实施例方式实例1取草酸钴粉红色晶体粉末50克溶于250毫升氨水得褐色澄清溶液。使用氮气喷枪，喷枪压力为3.5大气压，将澄清的混合溶液分散在液氮中。再将液氮冷冻的冻结物置于FTS公司FTD Dura-stop MP型冻干机中进行真空干燥，冻干机的执行程序为在0分钟～2000分钟内的工作压力为450毫托、温度为-20℃；在2000分钟～3700分钟内的工作压力为300毫托、温度为-11℃；在3700分钟～5000分钟内的工作压力为150毫托、温度为-6℃；在5000分钟～5800分钟内的工作压力为80毫托、温度为0℃；在5800分钟～6000分钟内的工作压力为5毫托、温度为15℃。采用氢气还原冻干的前驱体，氢气流量为0.3立方米/小时，还原温度200℃，保温7小时，得到晶粒尺寸为45.5nm的纳米钴粉。实例2取草酸钴粉红色晶体粉末50克溶于250毫升氨水得褐色澄清溶液。使用氮气喷枪，喷枪压力为1.5大气压，将澄清的混合溶液分散在液氮中。再将液氮冷冻的冻结物置于FTS公司FTD Dura-stop MP型冻干机中进行真空干燥，冻干机的执行程序为在0分钟～2000分钟内的工作压力为450毫托、温度为-20℃；在2000分钟～3700分钟内的工作压力为300毫托、温度为-11℃；在3700分钟～5000分钟内的工作压力为150毫托、温度为-6℃；在5000分钟～5800分钟内的工作压力为80毫托、温度为0℃；在5800分钟～6000分钟内的工作压力为5毫托、温度为15℃。采用氢气还原冻干的前驱体，氢气流量为0.1立方米/小时，还原温度400℃，保温2小时，得到晶粒尺寸为57.3nm的纳米钴粉。实例3取草酸钴粉红色晶体粉末50克溶于250毫升氨水得褐色澄清溶液。使用氮气喷枪，喷枪压力为2.5大气压，将澄清的混合溶液分散在液氮中。再将液氮冷冻的冻结物置于FTS公司FTD Dura-stop MP型冻干机中进行真空干燥，冻干机的执行程序为在0分钟～2000分钟内的工作压力为450毫托、温度为-20℃；在2000分钟～3700分钟内的工作压力为300毫托、温度为-11℃；在3700分钟～5000分钟内的工作压力为150毫托、温度为-6℃；在5000分钟～5800分钟内的工作压力为80毫托、温度为0℃；在5800分钟～6000分钟内的工作压力为5毫托、温度为15℃。采用氢气还原冻干的前驱体，氢气流量为0.2立方米/小时，还原温度300℃，保温2小时，得到晶粒尺寸为40.7nm的纳米钴粉。实例4取草酸钴粉红色晶体粉末50克溶于250毫升氨水得褐色澄清溶液。使用氮气喷枪，喷枪压力为2.0大气压，将澄清的混合溶液分散在液氮中。再将液氮冷冻的冻结物置于FTS公司FTD Dura-stop MP型冻干机中进行真空干燥，冻干机的执行程序为在0分钟～2000分钟内的工作压力为450毫托、温度为-20℃；在2000分钟～3700分钟内的工作压力为300毫托、温度为-11℃；在3700分钟～5000分钟内的工作压力为150毫托、温度为-6℃；在5000分钟～5800分钟内的工作压力为80毫托、温度为0℃；在5800分钟～6000分钟内的工作压力为5毫托、温度为15℃。采用氢气还原冻干的前驱体，氢气流量为0.3立方米/小时，还原温度250℃，保温5小时，得到晶粒尺寸为52.7nm的纳米钴粉。权利要求1.，其特征在于，它包括以下步骤1)将草酸钴晶体粉末溶于氨水中，得澄清的钴氨络合物溶液；2)使用通用氮气喷枪，将上述澄清溶液分散在液氮中预冻；3)将上述液氮中预冻后的冻结物置于冻干机中进行真空干燥得到前驱体；4)对上述干燥后的前驱体实行氢气还原，氢气流量为0.1立方米/小时～0.3立方米/小时，200℃～400℃还原，保温2小时～8小时得到纳米钴粉。2.根据权利要求1所述的纳米钴粉制备方法，其特征在于步骤2)所述的预冻，其中氮气喷枪，其压力为1.5大气压～3.5大气压。3.根据权利要求1本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种纳米钴粉的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：１）将草酸钴［ＣｏＣ↓［２］Ｏ４.２Ｈ↓［２］Ｏ］晶体粉末溶于氨水中，得澄清的钴氨络合物溶液；２）使用通用氮气喷枪，将上述澄清溶液分散在液氮中预冻；３）将上述液氮中 预冻后的冻结物置于冻干机中进行真空干燥得到前驱体；４）对上述干燥后的前驱体实行氢气还原，氢气流量为０．１立方米／小时～０．３立方米／小时，２００℃～４００℃还原，保温２小时～８小时得到纳米钴粉。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：聂祚仁，席晓丽，蒋亚宝，童培云，左铁镛，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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