草酸盐沉淀法在制备粉体材料中的应用

草酸盐沉淀法在制备粉体材料中的应用X

邬建辉,张传福,吴琳琳,湛菁

(中南大学冶金科学与工程系,湖南长沙410083)

=摘要>简述了草酸盐沉淀法的基本原理,全面概述了其在粉体材料制备中的应用,研究表明该法是一种极有前途的制备新型材料的方法。

=关键词>草酸盐;沉淀法;粉体材料

Precipitation Oxalate Method and

Its Application in Preparing Powder Materials

Wu Jian-hui,Zhang Zhuan-fu,Wu Lin-lin,Zhan Jing

(Dep ar ment of Metallurgy Science and Engineer ing,

Centr al South University,Changsha,H unan410083,China)

Abstract The principle of oxalate precipitation w as described briefly.The application in preparing powders was review ed comprehensively.The research ind-i cated that the ox alate precipitation was a method of preparation new materials w ith v ast prospects.

Keywords oxalate;precipitation;pow der material

1序言

沉淀法在湿化学方法制备粉体材料中是一种工艺简单、成本低廉、所得粉体性能良好的方法[1]。根据沉淀方式的不同可分为:直接沉淀法、共沉淀法和均相沉淀法三种。根据所用原料的不同又可分为:硝酸沉淀法、氯化物沉淀法、醇盐沉淀法及草酸盐沉淀法等。本文对草酸盐沉淀法及在粉体材料制备中的应用加以综述。2草酸盐沉淀法的基本原理草酸盐沉淀法通常是在溶液状态下将不同化学成分的物质混合,在混合液中加入沉淀剂M2C2O4(M=H+、NH4+、K+、Na+)制备前驱体沉淀物,再将沉淀物进行干燥或煅烧,从而制得相应的粉体颗粒。一般颗粒在1L m左右时就可以生成沉淀,产生沉淀物,所生成颗粒的粒径通常取决于沉淀物的溶解度,沉淀物的溶解度越小,

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5四川有色金属6Sichuan Nonferrous Metals X收稿日期:2001-03-22

颗粒粒径也越小,而颗粒粒径随溶液的过饱和度减少呈增大趋势[2]。

211草酸盐沉淀法的特点

与其他一些传统无机材料制备方法相比,草酸盐沉淀法具有如下优点:(1)工艺与设备较为简单,沉淀期间可将合成和细化一道完成,有利于工业化;(2)可以精确控制各组分的含量,使不同组分之间实现分子/原子水平的均匀混合;(3)在沉淀过程中,可以通过控制沉淀条件及下一步沉淀物的煅烧制度来控制所得粉料的纯度、颗粒大小、分散性和相组成;(4)样品煅烧温度低,性能稳定且重现性好。

但是草酸盐沉淀法制备粉体可能形成严重的团聚结构,从而破坏粉体的特性。一般认为,沉淀、干燥及煅烧处理过程都有可能形成团聚体[3]。因此欲制备均匀、超细的粉体,就必须对粉体制备的全过程进行严格的控制。

212草酸盐沉淀法制备粉体反应中晶粒的形成与长大[4,5]

草酸盐沉淀过程中,粉末颗粒的生成经历了成核、生长、聚结与团聚等过程。按照成核理论,成核速率为

J=Aexp

-16P R3M2 3R3T3Q2(lns)2

式中:J为成核速率,A为频率因子,R 为液固界面张力,M为溶质分子质量,Q为溶质颗粒密质,s为溶液的过饱和度,T为体系热力学温度。

从上式可以看出过饱和度s愈大,界面张力R愈小,所需活化能愈低,生成晶核速度愈快。

当稳定晶核形成以后,在一定温度和一定过饱和度下,核按一定的速率增长,核生长速率可用下式表示:

I G=f K

1-exp[V s$G v/

式中:f为附加因子,指界面能够吸附分子的位置分数,K为原子间距,C0为跃迁频率,k为玻尔兹曼常数,T为体系热力学温度,$G a为活化能,$G v为单位体积的自由能变化值,V s为分子体积。将(1)式中指数展为级数,忽略高价相,得到:

exp[-V s$G a/(kT)]=1-V s$G a/(kT)(2)此时式(1)可以改写成:

I G=f K C0[V s$G v/kT]exp[-$G a/kT](3)

由此可以看出,核生长速率随过饱和度的升高而增大;同时温度升高核生长速率也随之增大,一般而言,过饱和度大时,晶核数增多,生长速率也加快。

3草酸盐沉淀法在制备粉体材料中的应用

草酸盐沉淀法应用领域很多,但在制备粉体材料中的应用主要表现在如下几个方面。

311制备金属或合金粉体材料

草酸盐沉淀法制备的草酸镍在270~ 370e,氢气气氛下分解,得到的粒子平均粒径为67~95nm,比表面积为615~10m2/g的镍粉,可用于燃料电池、催化剂等[6]。

M.H.Tikkanen等[7]以CoCl2、C oSO4和草酸为原料,在一定条件下,将制得的不同形貌的草酸钴在400~550e进行热分解,得到了不同形貌的钴粉,主要作硬质合金的粘结剂。

钨钴硬质合金具有优良的力学性能,因此自硬质合金问世以来,人们一直以钴作为硬质合金的主要粘结剂,但钴是一种昂贵而稀缺的金属,所以代钴研究具有重大实际意义,经过探索已经在这方面取得了不少进展。谭映国等[8]采用草酸盐共沉淀法制取硬质合金用Ni/Co复合粉末,粉末成分为Ni B Co=1

3.28L m。研究表明,用此复合粉末制作的硬质合金钎头的性能不亚于WC

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#2001年第3期