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了解超細鎳粉的制備工藝及應用發(fā)展

時(shí)間:2023-08-25 閱讀量:

鎳具有磁性舍稽、導電性、高溫穩定等性質(zhì)。制備成超細鎳粉具有極大的表面效應和體積效應童春,在電性能、吸波聂突、熱阻、光吸收、化學(xué)活性等方面表示出一系列特殊的性質(zhì)袭灯,因而在電子漿料、金屬陶瓷化、屏蔽吸波材料鸟肘、催化劑、電池材料等許多領(lǐng)域具有廣闊的應用前景蹬癌。

 

超細鎳粉的一系列物理化學(xué)性質(zhì)都隨粉末形貌谣巢、顆粒大小及分布而改變,如何通過(guò)控制反應條件制備出滿(mǎn)足需要的具有一定形狀逾廷、大小及分布的顆粒,是超細鎳粉研究的一個(gè)重要方面飘千。

 

超細鎳粉的制備方法

 

1.  氣相法

 

1.1蒸發(fā)-冷凝法

蒸發(fā)-冷凝法生產(chǎn)超細鎳粉的過(guò)程為:將金屬鎳加熱到1425℃汽化凭豪,蒸氣急速冷凝即可制得鎳粉。采用真空環(huán)境蒸發(fā)可以降低蒸發(fā)溫度胳雁,如在1.33Pa壓力下加熱到700℃即得到鎳蒸氣。蒸發(fā)-冷凝法在理論上可以制備任何材料,其特點(diǎn)是所制取的超細粉末表面清潔嘀昏,粒徑可調,結晶形狀一般為球形,特別適合于金屬超細粉末的制備又活。

 

1.2羰基鎳熱分解法

羰基鎳熱分解法于1889年由英國蒙德等提出。它主要分兩步進(jìn)行:第一步是制備羰基鎳,第二步是分解羰基鎳獲得鎳粉蛛淋。該法比較實(shí)用,生產(chǎn)的鎳粉純度非常高,用途比較廣泛。

 

1.3化學(xué)氣相沉淀法

化學(xué)氣相沉積法又稱(chēng)氣相氫還原法涌粱。該方法是在高溫下使氯化鎳揮發(fā),然后在氫氣氣氛下還原為金屬鎳原子,通過(guò)形核、生長(cháng)捧法、碰撞等過(guò)程,得到球形超細鎳粉。化學(xué)氣相沉積法由于其結晶溫度高,因而所生產(chǎn)的鎳粉結晶性好限次,純度高,顆粒粒度可控。該法能夠以較低的生產(chǎn)成本生產(chǎn)粒徑均勻的球形超細鎳粉青弃,適合于MLCC中代替金屬鈀的電極材料,其價(jià)格可與傳統的電容器電極材料相競爭,但是所需設備比較昂貴,而且設備腐蝕嚴重递市。

 

1.4電爆炸絲法

電爆炸絲法是制備鎳粉的一種較新的方法瞧捌,它是在充滿(mǎn)惰性氣體的反應室中,對鎳絲施加直流高壓電,在鎳絲內部形成很高的電流密度,使鎳絲爆炸獲得超細鎳 粉。鎳絲可通過(guò)一個(gè)供絲系統自動(dòng)進(jìn)入反應室中,從而使上述過(guò)程可重復進(jìn)行。

 

2.液相法

 

2.1高壓氫還原法

在高壓釜內房铭,有催化劑存在條件下,可以用氫氣還原鎳的氨性水溶液或不溶于水的堿式碳酸鎳、氫氧化鎳等水漿液,制得超細鎳粉。

 

2.2液相還原法

液相還原法就是將反應物配制成一定濃度的溶液,利用還原劑將液相中的鎳還原出來(lái)萎攒,其反應機理是氧化還原反應知晒。所用的還原劑一般為水合肼、NaBH4、KBH4以及多元醇。液相還原法的優(yōu)點(diǎn)為原料來(lái)源廣泛,設備簡(jiǎn)單泌弧,操作簡(jiǎn)便孵户,產(chǎn)品純度高山恩,顆粒尺寸小、分布均勻。但其缺點(diǎn)為還原劑硼氫化鈉價(jià)格昂貴,且水合肼有毒。

 

2.3微乳液法

“微乳液”定義為兩種不互溶的液體形成的熱力學(xué)穩定、各向同性、透明或半透明的分散體系,體系中包含由表面活性劑形成的界面膜所穩定的其中一種或兩種液體的液滴哺安。微乳液將連續介質(zhì)分散成為微小空間,微乳液法已經(jīng)廣泛地應用于超細鎳粉的制備。高保嬌等研究了在水(溶液)/二甲苯/十二烷基硫酸鈉/正戊醇反相微乳液體系內,用水合肼在強堿性環(huán)境中恒溫水浴條件下還原硫酸鎳乃僚,通過(guò)控制微乳液體系的構成瞭赡,可調整產(chǎn)物的粒徑,制得球形、粒徑分布均勻的超細金屬鎳粉。

 

2.4超聲霧化-熱分解法

超聲霧化-熱分解法是一種生產(chǎn)具有獨特性質(zhì)微粒的重要方法,該方法利用了超聲波的高能分散機制,目標物前驅體母液經(jīng)過(guò)超聲霧化器產(chǎn)生微米級的霧滴偏戳,并被載氣帶入高溫反應器中發(fā)生熱分解童谒,從而得到粒徑均勻的超細粉體材料西疤。超聲霧化-熱分解法由于目標成分易控制钳吟,前驅物來(lái)源廣泛捷枯,產(chǎn)品粒度分布較窄而且粒徑可控蚯驱。

 

2.5電解法

在電解池中加入含Ni2十溶液,以鎳板作陽(yáng)極,石墨或貴金屬作陰極,接通電源并周期性改變電流方向,生成的鎳粉沉積在電解池底部,之后用磁性材料收集。該法是目前工業(yè)生產(chǎn)中應用較多的一種方法,但存在腐蝕性強、勞動(dòng)條件差、耗能較高并易造成一定程度環(huán)境污染的問(wèn)題,需要對工藝進(jìn)行改進(jìn)。

 

2.6射線(xiàn)輻射合成法

γ射線(xiàn)輻射金屬鎳鹽溶液制備超細鎳粉的基本原理是:水在γ射線(xiàn)輻射下能產(chǎn)生大量的粒子讨洼,這些粒子中水合電子和氫原子具有較強的還原能力杂芳,可將金屬鎳離子逐級還原拿穴,新生成的鎳原子聚集成核班聂,最終生成超細顆粒。通過(guò)控制溶液濃度、pH值、輻照劑量,可以控制微粒的尺寸和形狀。

 

3.固相法

 

3.1機械破碎法

機械破碎法是利用機械力將大塊料破碎為所需顆粒的方法蹄振,根據機械力的不同橘蹭,可分為氣流沖擊法、機械球磨法以及超聲波粉碎法。機械球磨法是目前制備超細鎳粉比較經(jīng)濟的一種方法。機械球磨法的優(yōu)點(diǎn)是操作工藝簡(jiǎn)單扔亥,成本低廉,制備效率高,且能夠制備出常規方法難以獲得的高熔點(diǎn)金屬超微顆粒。它的缺點(diǎn)是粒徑分布不均勻,純度較低。

 

3.2固相分解法

V.Rosenbanddeng用石墨作為反應器,在氬氣環(huán)境中加熱分解固體甲酸鎳制備了鎳粉,得到的鎳粉平均粒徑為0.4-0.6μm,粉末形狀為近球形。該種方法制得的鎳粉純度很高,通過(guò)調整工藝參數,可以制得滿(mǎn)足MLCC內電極用條件的鎳粉,但是該種方法制取鎳粉的成本較高。

 

超細鎳粉的應用

 

1.  電池材料

鎳氫電池和鋰離子電池作為新型二次電池在新能源材料中發(fā)揮著(zhù)越來(lái)越重要的作用忘嫉。鋰離子電池以其比能量高、電池電壓高、工作溫度范圍寬、儲存壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應用于軍事和民用電器中。而鋰離子電池正極材料的發(fā)展也經(jīng)歷了曲折的歷程,目前廣泛應用的主要是LiCoO2,而廉價(jià)的LiNiO2和LiMnO2正在廣泛的研究和試用中。LiNiO2的晶體結構與LiCoO2的相似,但其價(jià)格相當低廉,且比容量大。LiNiO2的合成條件比較苛刻,這也是當前LiNiO2正極材料大規模開(kāi)發(fā)必須要突破的關(guān)鍵問(wèn)題。

 

2.磁性材料

超細鎳粉是一種優(yōu)良的磁性材料褐搜,它可以分散在載液中形成磁流體;具有規范棒狀或線(xiàn)形的納米鎳粉可以制作高存儲密度的“量子磁盤(pán)”零渐,有人利用Ni—Fe和Ni—Co等的磁電阻效應試制磁頭,這種磁頭讀出電壓高,不需要線(xiàn)圈,避免了感應磁頭在記錄密度很高時(shí)響應慢的缺點(diǎn)。

 

3.硬質(zhì)合金

硬質(zhì)合金自1923年問(wèn)世以來(lái)篷档,金屬鈷一直被認為是最好的粘結金屬,但因其價(jià)格昂貴,供應也不穩定,使得具有同樣粘結性質(zhì)而價(jià)格卻相對便宜的鎳逐漸受到青睞。

 

4.催化材料

超細鎳粉是一種優(yōu)良的化學(xué)催化劑材料。粒徑小于5nm偏螺,以Si為載體的Ni納米顆粒催化劑,不僅表面活性好,而且使丙醛氫化反應中的選擇性急劇上升;用Ni/SiO2作乙烷氫解的催化劑唇卜,當顆粒尺寸由22nm減小至2.5nm時(shí),催化反應速率增加10倍;納米鎳粉催化環(huán)辛二烯加氫生成環(huán)辛烯,活性是傳統骨架Ni的2—7倍,選擇性則提高5倍以上柴羔。

 

5.吸波材料

利用其優(yōu)異的導電、導磁特性樟结,將超細鎳粉與高分子基體材料復合可以制備電磁波屏蔽材料。基于超細鎳粉導電涂層的吸收和散射電磁射線(xiàn)的電子矢量能力強、磁矢量衰減幅度大煞逛,經(jīng)過(guò)特殊處理后具有優(yōu)良的抗氧化、抗腐蝕和抗潮濕能力,所以在電磁波屏蔽材料中所占比例越來(lái)越大。

 

6.軍用特種材料

超細鎳粉在軍事領(lǐng)域主要應用于固體火箭推進(jìn)劑和火炸藥的納米催化復合材料。采用鎳粉可以提高同體推進(jìn)劑和火炸藥的燃速并降低臨界分壓。據報道悄窃,在固體火箭推進(jìn)劑中加入約1%的納米鎳粉,其燃燒效率增加100倍。

 

7.多層陶瓷電容器MLCC

隨著(zhù)電子整機產(chǎn)品市場(chǎng)格局的調整篷满,移動(dòng)通信設備和便攜式計算機發(fā)展迅速,為MLCC的發(fā)展帶來(lái)巨大的市場(chǎng)空間。傳統的MLCC電極材料為Pd/Ag合金或純Pd,目前用量最大的Pd30/A970內電極進(jìn)口漿料的價(jià)格高于2.5萬(wàn)元/kg,所以采用賤金屬材料替代Pd/Ag電極是MLCC發(fā)展的重要趨勢。為了兼顧大容量和低成本要求挽泛,賤金屬Ni電極是最好的選擇。

 

此外,超細鎳粉在多孔材料、手性材料人度、噴涂材料筐颅、納米復合電鍍材料以及在改善潤滑油摩擦磨損性能等方面也有廣泛應用。