一种纳米材料中间体的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种纳米材料中间体的制备方法，其特征在于将金属单质（Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｃｏ）和合金（ＴｉＭｎ基、Ｚｒ基、Ｍｇ基、稀土系）直接与氢反应，生成金属氢化物，而在金属氢化物分解过程中，膨胀的晶格发生收缩，经多次氢化物的形成与分解反应后，大块的金属单质或合金粉碎成直径为微米级的纳米材料中间体。氢化物的生成温度为８０～３００℃，真空度达０．００１Ｐａ，应保持１５～１２０分钟，首次吸氢反应必须加热，且在无氧环境下进行，分解放氢则始终在８０～１００℃范围，重复吸氢４～８次，即制备成纳米中间体。本发明专利技术的优点在于金属单质与合金直接与氢发生反应且在密闭容器中进行，既避免了与其它物质接触，又不影响后续加工。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种纳米材料中间体的新的制备方法，更确切地说本专利技术涉及一种氢化学反应法(简称氢化法)制备纳米材料的中间体。这种方法可以生产与氢反应的金属单质(如Ti、V等)和合金(如TiMn基、Zr基、稀土系合金等)的纳米材料的中间体，该方法操作简单、生产效率高、安全、节能、高效、对材料无污染，属于纳米材料制备领域。为了降低合金的加工成本，改善工作环境、提高生产效率，人们正努力寻找其它方法制备纳米材料中间体，但目前极少有这方面的报道。
技术实现思路
本专利技术采用氢化学反应法简称氢化法制备纳米材料的中间体，氢化法是指金属单质或合金直接与氢气发生反应，生成金属氢化物，在金属氢化物的生成过程中金属的晶格发生膨胀，而在氢化物的分解过程中膨胀的晶格发生收缩，金属单质或合金与氢在经过多次氢化物的形成与分解反应后，大块的金属单质或合金即粉碎成直径为微米级的纳米中间体合金颗粒。由于金属单质或合金直接与氢气反应，避免了合金与空气的接触，从而减少了氧化或其他污染，有利于保持合金的纯度和活性，可以为纳米材料的生产提供高质量的原料。本方法适用于制备可以与氢发生反应的金属单质或合金的微米颗粒材料。制备过程中氢与金属单质如Ti、V等或合金如TiMn基合金、Zr基合金、稀土系合金等反应，利用氢进入合金内部降低合金原子间的作用力，同时使合金的原子晶格膨胀，使合金块体粉碎，而放出氢的过程中，合金的晶格收缩，经过几次吸氢和放氢反应，晶格经过反复膨胀收缩，即可使金属单质或合金粉碎成为微米级合金颗粒。合金的制备过程如下1.将金属单质或合金装入密闭容器，容器一般为不锈钢材料制成。容器的大小可根据实际需要进行加工，容器上应留有氢气进出容器和接真空系统的通道2.材料装入容器后，首先开启真空系统将容器内部抽真空，并将容器加热到80℃以上，但一般不超过300℃，真空度达到0.001Pa后应保持15～120分钟。3.关闭真空系统，通入压力为4～6MPa的氢气，并保持1～3小时。金属单质或合金首次与氢反应时应达到无氧气等杂质气体，然后将系统温度可以降到室温，然后关闭氢气系统。4.开启真空体系中排气系统中的氢气阀门，并将容器加热到80～100℃之间，使生成的金属氢化物分解放氢，容器内压力达到1000Pa时关闭真空系统。5.将步骤3和4重复4～8次之后，金属单质或合金转变为微米级粉体；从第二次循环开始，吸氢过程不需再加热。最后将容器在氩气保护的环境中打开，将粉体包装或直接送入纳米制备设备中。本专利技术的氢化法制备纳米颗粒中间体的具体工艺流程见附附图说明图1。本专利技术的优点在于金属单质或合金直接与氢气发生反应，反应在密闭容器中进行，避免了和空气等其它物质的接触，有利于保持金属的纯度，同时金属与氢反应生成氢化物不影响后续的加工，不会给后面的工序造成不必要的麻烦。图2TiMn0.75在经过5次吸放氢循环后所测粒径分布图。图3ZrV0.2Fe1.8经过四次循环后合金的粒径分布。图4MlNi3.5Fe0.5Mn1.0经过六次循环后合金的粒径分布。实施例1TiMn0.75块状合金装入密闭容器，合金的直径大小一般不超过球磨小球直径，抽真空并加热到100℃，真空度达0.001Pa，保持1小时后通入压力为4MPa的氢气，保持2小时后，使合金自然冷却到室温，然后将合金加热到85℃放氢，吸放氢反复5次，从第二次开始，合金吸氢过程不需再加热，放氢仍需加热到85℃以上，以使大部分氢能从合金中放出，在经过5次循环后的粒径分布见附图2。粒径分布的平均值为36.70um。实施例2ZrV0.2Fe1.8块状合金装入密闭容器，抽真空并加热到80℃，1小时后通入压力为4.5MPa的氢气，保持1.5小时后，自然冷却到室温，然后将合金加热放氢，合金的吸放氢条件同实施例1。经过四次循环后合金的粒径分布见附图3。粒径分布的平均值为26.42um。实施例3MlNi3.5Fe0.5Mn1.0块状合金装入密闭容器，抽真空并加热到100℃，30min后通入压力为5.0MPa的氢气，保持1.5小时后，自然冷却到室温，然后将合金加热放氢，合金的吸放氢条件同实施例一。经过六次循环后合金的粒径分布见附图4。粒径分布的平均值为19.26um。权利要求1.，其特征在于能与氢发生反应的金属单质或合金直接与氢气发生反应生成金属氢化物，然而在氢化物分解反应过程中膨胀的金属发生收缩，金属单质或合金经多次氢化物的生成和分解反应之后，粉碎成为直径为微米级的纳米材料中间体。2.按权利要求1所述的纳米材料中间体的制备方法，其特征在于具体工艺步骤是(1)能与氢发生反应的金属单质或合金放入密闭容器，抽真空并加热温度为80～300℃，真空度达到0.001Pa后保持15～120分钟；(2)关闭真空系统，通入压力为4～6MPa的氢气，并保持1～3小时，然后将容器温度降至室温，关闭氢气系统；(3)开启排气系统中的氢气阀门，并将容器加热到80～100℃，使生成的氢化物发生分解反应，系统压力达1000Pa时关闭真空系统；(4)将步骤(2)、(3)重复4～8次。3.按权利要求2所述的加工方法，其特征在于所述的金属单质为Ti、V、Zr、Co，所述的合金为TiMn基合金、Zr基合金、Mg基合金、稀土系合金。4.按权利要求2所述的纳米材料中间体的制备方法，其特征在于TiMn0.75中间体制备过程是将块状TiMn0.75合金装入密闭容器，抽真空并加热到100℃，真空度达0.001Pa后保持1小时，通入压力为4MPa的氢气，保持2小时后自然冷却到室温，然后加热到85℃，吸放氢5次。从第二次开始，吸氢过程不需再加热；所得的颗粒直径为36.70um。5.按权利要求2所述的纳米材料中间体的制备方法，其特征在于ZrV0.2Fe1.8纳米材料中间体制备过程是将块状ZrV0.2Fe1.8合金装入密闭容器，抽真空并加热到80℃，1小时后通入压力为4.5MPa的氢气，保持1.5小时后自然冷却到室温，然后加热放氢，吸放氢循环4次，所得平均粒径为26.42um。6.按权利要求2所述的加工方法，其特征在于MlNi3.5Fe0.5Mn1.0块状合金装入密闭容器，抽真空并加热到100℃，30min后通入压力为5.0MPa的氢气，保持1.5小时后，自然冷却到室温，然后将合金加热放氢，经过六次循环后所得平均粒径为19.26um。全文摘要本专利技术涉及，其特征在于将金属单质(Ti、V、Zr、Co)和合金(TiMn基、Zr基、Mg基、稀土系)直接与氢反应，生成金属氢化物，而在金属氢化物分解过程中，膨胀的晶格发生收缩，经多次氢化物的形成与分解反应后，大块的金属单质或合金粉碎成直径为微米级的纳米材料中间体。氢化物的生成温度为80～300℃，真空度达0.001Pa，应保持15～120分钟，首次吸氢反应必须加热，且在无氧环境下进行，分解放氢则始终在80～100℃范围，重复吸氢4～8次，即制备成纳米中间体。本专利技术的优点在于金属单质与合金直接与氢发生反应且在密闭容器中进行，既避免了与其它物质接触，又不影响后续加工。文档编号B22F9/00GK1404948SQ0213764公开日2003年3月26日 申请日期2002年10月25日 优先权日2002年10月25日专利技术者黄太仲, 吴铸, 余学斌, 倪君, 刘玲妹, 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米材料中间体的制备方法，其特征在于能与氢发生反应的金属单质或合金直接与氢气发生反应生成金属氢化物，然而在氢化物分解反应过程中膨胀的金属发生收缩，金属单质或合金经多次氢化物的生成和分解反应之后，粉碎成为直径为微米级的纳米材料中间体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄太仲，吴铸，余学斌，倪君，刘玲妹，黄铁生，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]