×
08.07.2018
218.016.6dc4

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УЛЬТРАДИСПЕРСНОГО ПОРОШКА МЕТАЛЛИЧЕСКОГО КОБАЛЬТА

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к получению ультрадисперсного порошка металлического кобальта. Способ включает термообработку кислородсодержащего соединения кобальта в газовой среде. Предварительно водный раствор оксалата или нитрата кобальта обрабатывают раствором гидроксида натрия или калия при рН=8-12 в присутствии сажи, взятой в пересчете на оксид в соотношении CoO÷C=1÷4 с получением кислородсодержащего соединения кобальта в виде осадка гидроксида кобальта, который промывают, фильтруют и сушат. Термообработку гидроксида кобальта осуществляют микроволновым излучением в токе аргона со скоростью подачи 5-6 л/час на частоте 2450-3000 МГц и мощности 700-1000 Вт при температуре 900°С в течение 15 мин со скоростью нагрева 20°С/мин до 500°С и 10°С/мин до 900°С. Обеспечивается получение ультрадисперсного порошка с высокоразвитой поверхностной активностью. 1 табл., 4 ил., 2 пр.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам получения ультра- и нанодисперсных порошков металлического кобальта, которые используют в композиционных материалах на основе металлического кобальта, при изготовлении твердых сплавов группы алмаз (карбид вольфрама, карбид кремния, оксид алюминия), быстрорежущей стали, для создания электропроводящих покрытий, а также в качестве катализаторов.

Известен способ получения нанодисперсного порошка металлического кобальта, в частности наноструктурированного агломерата металлического кобальта путем восстановления толуольного раствора ацетилацетона кобальта (II) раствором триэтилалюминия в атмосфере аргона с добавлением углеводородов (пентана, гексана, гептана или октана) в качестве восстановителя (Патент RU 2492029; МПК B22F 9/16, В82В 1/00, B82Y 30/00; 2013 г.).

Недостатками известного способа являяются: присутствие большого количество углерода в конечном продукте, такой продукт можно использовать в основном только в каталитических процессах; наличие предельных углеводородов в процессе хоть и в жидком состоянии, может создавать высокие концентрации паров в производственных помещениях благодаря своей летучести, приводить к недостатку кислорода в воздухе и опасности профессиональных отравлений.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения нанодисперсного порошка металлического кобальта, который включает восстановление оксида кобальта в токе аммиака или газовой смеси азота и водорода (соотношение 20 об. % и 80 об. % соответственно) при температуре 300-550°С в течение 3-7 часов со скоростью нагрева 3-7°С/мин (Patent USA 5968228, МПК С22В 5/00, С22В 5/12, С22В 23/02, С22В 23/00, С22В 023/00; 1999 г.) (прототип).

Недостатками известного способа являются длительное время термообработки, что повышает энергозатраты процесса, и возможность получения конечного продукта в предлагаемых условиях только с размером частиц в несколько микрон.

Перед авторами стояла задача сократить длительность процесса с возможностью получения конечного продукта с размером частиц в ультрадисперсном диапазоне.

Поставленная задача решена в предлагаемом способе получения ультрадисперсного порошка металлического кобальта, включающем термообработку кислородсодержащего соединения кобальта в газовой среде, в котором предварительно водный раствор оксалата или нитрата кобальта обрабатывают раствором гидроксида натрия или калия при рН=8-12 в присутствии сажи, взятой в пересчете на оксид в соотношении Co3O4÷C=1÷4 с получением кислородсодержащего соединения кобальта в виде осадка гидроксида кобальта, который промывают, фильтруют и сушат, при этом термообработку гидроксида кобальта осуществляют микроволновым излучением в токе аргона со скоростью подачи 5-6 л/час на частоте 2450-3000 МГц и мощности 700-1000 Вт при температуре 900°С в течение 15 мин со скоростью нагрева 20°С/мин до 500°С и 10°С/мин до 900°С.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ получения металлического кобальта с получением в качестве промежуточного продукта - смеси гидроксида кобальта с источником углерода путем жидкофазного осаждения из водных растворов нитрата или оксалата кобальта и последующей термообработкой микроволновым излучением при соблюдении предлагаемых параметров проведения процесса.

В ходе исследований, проводимых авторами, предлагаемого технического решения, во время получения промежуточного продукта - осадка гидроксида кобальта путем осаждения из водных растворов нитрата или оксалата кобальта раствором гидроксида натрия или калия на углеродном носителе при рН в диапазоне от 8 до 12 было установлено, что гидроксид кобальта полностью выпадает в осадок в виде Со(ОН)2↓ розового цвета. Растворы были прозрачными и имели розово-коричневатый цвет.

Согласно данным SEM морфология частиц гидроксида кобальта в прекурсоре значительно отличалась в зависимости от качества исходной соли. Из растворов нитрата кобальта формировался дисперсный хлопьевидный осадок, который состоял из тонких частиц пластинчатой формы, с продольным размером менее 200 нм и толщиной менее 30 нм (Фиг. 1а). Из растворов оксалата кобальта частицы формировались в виде нитей (палочек) диаметром менее 300 нм, которые в длину могли вырастать до десятков микрон (Фиг. 1b). Результаты удельной площади поверхности также показали значительное различие величин - 167,68 м2/г и 12,17 м2/г для полученных прекурсора из раствора нитрата или оксалата кобальта, соответственно (Табл. 1, №1, 2). Рентгенофазовым анализом установлено, что промежуточный продукт представляет собой тесную механическую смесь частиц гидроксида кобальта, который формировался в гексагональной ячейке (Р-3ml, a=3.1860 (10) и с=4.6530 (10) ) (Фиг. 2а), и рентгеноаморфной ацетиленовой сажи.

Для термообработки промежуточного продукта использовали микроволновое излучение. На стадии термолиза было установлено, что дегидратация свежеосажденного гидроксида кобальта протекает с формированием промежуточного продукта - гидроксида кобальта СоООН ромбоэдрической модификации (R-3m, а=2,855 , c=13,156 ) (Фиг. 2b). При продолжении термообработки выше 200°С с помощью SEM-контроля удалось зафиксировать разрушение нитей гидроксида кобальта, полученного из растворов оксалата кобальта, и спекание пластинчатых частиц гидроксида кобальта, полученного из азотнокислых солей кобальта (Фиг. 1c-d). За счет зафиксированных явлений происходило выравнивание морфологии и размеров частиц в образцах. Заканчивался процесс дегидратации при температуре 400°С с формированием оксидной фазы Co3O4 кубической модификации (Fd-3m, а=8,082 ) (Фиг. 2с-е). Аттестация оксида кобальта показала, что независимо от качества исходного прекурсора размер частиц достигал ~300 нм и наблюдалось практическое выравнивание величин удельной площади поверхности 45,6 м2/г и 57,3 м2/г для продукта, полученного из раствора оксалата кобальта или азотнокислого кобальта, соответственно (Табл. 1, №3, 4). Продолжая термообработку оксида кобальта на стадии восстановления, был зафиксирован нестехиометричный оксид кобальта СоО кубической модификации (Fm-43m, a=4.544(3) ) (Фиг. 2f) при температуре 700°С. Конечный продукт - однофазный металлический кобальт кубической модификации (Fm-3m) с параметром решетки а=3,544(7) был синтезирован при температуре 900°С за 15 минут (Фиг. 2g). Морфология частиц конечного продукта приведена на Фиг. 3. Удельная поверхность ультрадисперсного порошка металлического кобальта составила 15 м2/г (Табл. 1, №5).

При помощи планиметрической оценки по фотографиям РЭМ, на основе замеров около 1000 частиц, было установлено, что полученный порошок ультрадисперсного металлического кобальта состоит из частиц со средним размером диаметра менее 300 нм, распределение которых приведено на (Фиг. 4).

Использование микроволнового излучения в процессе термообработки в определенных температурных интервалах для получения ультрадисперсного порошка металлического кобальта позволяет блокировать рост зерна, избегать оплавления и спекания частиц и получать конечный продукт за значительно более короткий период времени -1 час в виде порошка с частицами в ультрадисперсном состоянии.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать ультрадисперсные порошки металлического кобальта со средним размером частиц 300 нм, с удельной площадью поверхности ~15 м2/г, которые могут широко использоваться в получении твердых сплавов, режущего инструмента и износостойких покрытий.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Берут водный раствор оксалата или нитрата кобальта, в который до стадии осаждения вводят рассчитанное количество углерода в виде ацетиленовой сажи в соотношении Co3O4÷C=1÷4 (в пересчете на оксид). Осаждение кислого раствора соли кобальта проводят водным раствором гидроксида натрия или калия до рН 8-12 при помощи делительной воронки при постоянном перемешивании. Полученный осадок промывают, фильтруют и сушат в сушильном шкафу при Т=100°С. Далее полученный продукт подвергают термообработке в микроволновой муфельной печи в токе инертной среды (Ar) со скоростью подачи 5-6 л/час. Нагрев выполняют со скоростью 20°С/мин до 500°С и 10°С/мин до 900°С, с выдержкой на конечной стадии в течение 15 мин. Термообработку проводят в микроволновой муфельной печи "СВЧ-лаборант" фирмы ООО "НПО "Урал-Гефест" в токе аргона. Перед проведением термообработки высушенный порошок прессуют в таблетки (∅10 мм, h=10 мм), помещают в кварцевый тигель, закрывают кварцевой крышкой и устанавливают в рабочую часть муфеля микроволновой печи. Конечный продукт аттестуют.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Берут 600 мл водного раствора нитрата кобальта с содержанием кобальта 15 г/л. Далее в него вводят сажу, рассчитанную на оксид кобальта, в соотношении Co3O4÷С=1÷4 в количестве 2,36 г. Раствор гидроксида натрия (NaOH, 25%) вводят при помощи делительной воронки до рН 12 при постоянном перемешивании. В результате получают осадок, который промывают методом декантации до нейтральной среды рН 6, фильтруют и сушат в сушильном шкафу при температуре 100-120°С в течение 1 ч. Полученный промежуточный продукт, Co(OH)2||4C, представляет собой дисперсный хлопьевидный осадок, который состоит из тонких частиц гидроксида кобальта пластинчатой формы, с продольным размером менее 200 нм и толщиной менее 30 нм и частиц сажи шарообразной формы в диаметре ~200 нм.

Полученный сухой порошок прессуют в виде таблетки ∅ 10 мм и помещают в кварцевый тигель, который, в свою очередь, помещают в муфель микроволновой печи. Далее проводят термообработку в токе аргона со скоростью подачи 5 л/ч на частоте 2450 МГц и мощности 700 Вт. Нагрев выполняют со скоростью 20°С/мин до 500°С и 10°С/мин до 900°С, с выдержкой на конечной стадии в течение 15 мин. В результате получают ~4,0 г продукта - ультрадисперсного порошка металлического кобальта кубической модификации со средним размером частиц 300 нм и параметром решетки а=3,544(7) . Площадь удельной поверхности образца составила 15,0 м2/г.

Пример 2.

Берут 600 мл водного раствора нитрата кобальта с содержанием кобальта 15 г/л. Далее в него вводят сажу, рассчитанную на оксид кобальта, в соотношении Co3O4÷C=1÷4 в количестве 2,36 г. Раствор гидроксида калия (KOH, 25%) вводят при помощи делительной воронки до рН 8 при постоянном перемешивании. В результате получают осадок, который промывают методом декантации до нейтральной среды рН 6. фильтруют и сушат в сушильном шкафу при температуре 100-120°С в течение 1 ч. Полученный промежуточный продукт, Co(OH)2||C, представляет собой дисперсный хлопьевидный осадок, который состоит из тонких частиц гидроксида кобальта пластинчатой формы, с продольным размером менее 200 нм и толщиной менее 30 нм и частиц сажи шарообразной формы в диаметре ~200 нм.

Полученный сухой порошок прессуют в виде таблетки ∅ 10 мм и помещают в кварцевый тигель, который, в свою очередь помещают в муфель микроволновой печи. Далее проводят термообработку в токе аргона со скоростью 5 л/ч на частоте 2450 МГц и мощности 700 Вт. Нагрев выполняют со скоростью 20°С/мин до 500°С и 10°С/мин до 900°С, с выдержкой на конечной стадии в течение 15 мин. В результате получают ~4,0 г продукта - ультрадисперсного порошка металлического кобальта кубической модификации со средним размером частиц 300 нм и параметром решетки а=3,544(7) . Площадь удельной поверхности образца составила 12.0 м2/г.

Таким образом, используя в процессе получения металлического кобальта сочетание двух процессов - жидкофазное осаждение на углеродном носителе и термообработку в микроволновом поле, авторам удалось сократить время синтеза до 1 часа и получить порошок металлического кобальта в ультрадисперсном состоянии (размер частиц 300 нм) с высокоразвитой поверхностной активностью.

Способ получения ультрадисперсного порошка металлического кобальта, включающий термообработку кислородсодержащего соединения кобальта в газовой среде, отличающийся тем, что предварительно водный раствор оксалата или нитрата кобальта обрабатывают раствором гидроксида натрия или калия при рН=8-12 в присутствии сажи, взятой в пересчете на оксид в соотношении CoO÷C=1÷4 с получением кислородсодержащего соединения кобальта в виде осадка гидроксида кобальта, который промывают, фильтруют и сушат, при этом термообработку гидроксида кобальта осуществляют микроволновым излучением в токе аргона со скоростью подачи 5-6 л/час на частоте 2450-3000 МГц и мощности 700-1000 Вт при температуре 900°С в течение 15 мин со скоростью нагрева 20°С/мин до 500°С и 10°С/мин до 900°С.
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УЛЬТРАДИСПЕРСНОГО ПОРОШКА МЕТАЛЛИЧЕСКОГО КОБАЛЬТА
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УЛЬТРАДИСПЕРСНОГО ПОРОШКА МЕТАЛЛИЧЕСКОГО КОБАЛЬТА
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УЛЬТРАДИСПЕРСНОГО ПОРОШКА МЕТАЛЛИЧЕСКОГО КОБАЛЬТА
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УЛЬТРАДИСПЕРСНОГО ПОРОШКА МЕТАЛЛИЧЕСКОГО КОБАЛЬТА
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 12.
12.01.2017
№217.015.57ce

Способ получения ультрадисперсного порошка карбида ванадия

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам получения ультрадисперсных порошков карбида ванадия, которые используют при изготовлении твердых сплавов, быстрорежущей стали, ее заменителей, малолегированных инструментальных и некоторых конструкционных сталей и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002588512
Дата охранного документа: 27.06.2016
12.01.2017
№217.015.5910

Способ получения диэлектрического материала на основе ниобата кадмия

Изобретение относится к получению диэлектрических материалов. Технический результат изобретения заключается в повышении диэлектрической проницаемости. Способ получения диэлектрического материала на основе ниобата кадмия включает получение смеси оксидов и последующий постадийный отжиг с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002588242
Дата охранного документа: 27.06.2016
13.01.2017
№217.015.78ca

Способ получения биомедицинского материала

Изобретение относится к области медицины, в частности к способам получения костных имплантов на основе титана с биоактивным покрытием. Для этого на пористую основу, содержащую титан, наносят 12-14% водную суспензию гидроксиапатита (ГАП) в течение 2-3 сек. Затем материал помещают в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002599039
Дата охранного документа: 10.10.2016
13.01.2017
№217.015.89db

Способ извлечения иттрия из водных солянокислых растворов

Изобретение относится к области гидрометаллургии и может быть использовано в способе для извлечения и концентрирования иттрия из водных растворов. Способ извлечения иттрия из водных солянокислых растворов включает экстракцию смесью органической кислоты и керосина, при этом в качестве...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002602313
Дата охранного документа: 20.11.2016
26.08.2017
№217.015.db20

Способ извлечения циркония из кислых водных растворов

Изобретение относится к гидрометаллургии и технологии редких элементов и может быть использовано при переработке циркониевых концентратов и цирконийсодержащего сырья и полупродуктов, в том числе отходов глиноземного производства. Предлагается способ извлечения циркония из кислых водных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002623978
Дата охранного документа: 29.06.2017
26.08.2017
№217.015.de86

Способ переработки радиоактивных ионообменных смол

Изобретение относится к технологии обращения с радиоактивными отходами, в частности с низко- и среднеактивными жидкими радиоактивными отходами (ЖРО) с получением продукта, пригодного для долгосрочного хранения. Способ переработки радиоактивных ионообменных смол включает термохимическую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002624631
Дата охранного документа: 05.07.2017
29.12.2017
№217.015.f534

Способ получения сложного оксида лития и кобальта

Изобретение может быть использовано для получения катодных материалов литий-ионных аккумуляторов. Для получения сложного оксида лития и кобальта состава LiCoO нагревают исходный раствор, содержащий азотнокислый кобальт, соединение лития и гелирующий агент. В качестве гелирующего агента...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002637222
Дата охранного документа: 01.12.2017
29.12.2017
№217.015.fae0

Способ очистки водных растворов от тяжелых металлов и радионуклидов

Изобретение может быть использовано в гидрометаллургии для очистки водных растворов от тяжелых металлов и радионуклидов, а также для очистки сточных и грунтовых вод. Способ осуществляют путем сорбции на сорбенте с использованием в качестве фильтрующего средства трековых мембран, при этом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002640244
Дата охранного документа: 27.12.2017
29.12.2017
№217.015.fbf1

Способ получения катодного материала для литий-ионных аккумуляторов

Изобретение относится к области химических технологий и может быть использовано для получения катодных материалов литий-ионных аккумуляторов. Предлагается способ получения катодного материала состава LiNiCoMnO для литий-ионных аккумуляторов, включающий нагревание исходного раствора солей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002638316
Дата охранного документа: 13.12.2017
19.01.2018
№218.016.00dc

Способ определения показателя преломления оптически прозрачного материала

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам оптико-физических измерений, основанных на эллипсометрии, и предназначено для определения показателя преломления оптически прозрачных материалов. Предлагается способ определения показателя преломления оптически прозрачного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002629695
Дата охранного документа: 31.08.2017
Показаны записи 1-10 из 13.
20.10.2013
№216.012.75d2

Способ получения ультрадисперсного порошка карбида вольфрама

Изобретение может быть использовано в области порошковой металлургии, в частности в получении ультрадисперсных порошковых материалов на основе карбидов вольфрама, используемых в качестве прекурсоров при производстве твердых сплавов. Способ получения ультрадисперсного порошка смеси карбида...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495822
Дата охранного документа: 20.10.2013
10.12.2014
№216.013.0ce6

Способ диагностики реальной структуры кристаллов

Использование: для диагностики реальной структуры кристаллов. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют электронно-микроскопическое и микродифракционное исследования кристалла, при этом в случае присутствия на электронно-микроскопическом изображении исследуемого нанотонкого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534719
Дата охранного документа: 10.12.2014
27.08.2015
№216.013.7557

Способ получения ультрадисперсного порошка карбида титана

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано при изготовлении твердых сплавов, режущего инструмента и износостойких покрытий. Водный раствор сульфата титанила нейтрализуют до pH 10-12 раствором гидроксида аммиака/натрия в присутствии сажи с получением...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561614
Дата охранного документа: 27.08.2015
10.09.2015
№216.013.77f3

Способ получения ультрадисперсного порошка сложного карбида вольфрама и титана

Изобретение относится к области порошковой металлургии. Способ получения ультрадисперсного порошка сложного карбида вольфрама и титана, включающий смешение вольфрам- и титансодержащих компонентов с источником углерода, прессование полученного порошка и последующую карбидизацию. Осуществляют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002562296
Дата охранного документа: 10.09.2015
10.12.2015
№216.013.9656

Способ визуализации ротационного искривления решетки нанотонких кристаллов

Способ визуализации ротационного искривления решетки нанотонких кристаллов включает получение электронно-микроскопического изображения нанотонкого кристалла в светлом и темном поле, получение электронограммы от кристалла, микродифракционное исследование, анализ картины изгибных экстинкционных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002570106
Дата охранного документа: 10.12.2015
27.03.2016
№216.014.c71f

Способ нанесения износостойкого покрытия

Изобретение относится к области нанесения газотермических покрытий, а именно к способам нанесения плазменных покрытий на детали, работающие в экстремальных условиях. Способ нанесения износостойкого покрытия на стальную поверхность включает очистку поверхности, получение дисперсной порошковой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002578872
Дата охранного документа: 27.03.2016
20.08.2016
№216.015.4bfc

Способ нанесения износостойкого покрытия на стальные детали.

Изобретение относится к области газотермических покрытий, более конкретно к плазменному напылению на детали, эксплуатируемые в экстремальных условиях. Способ нанесения износостойкого покрытия на стальные детали, включающий ввод дисперсного порошка самофлюсующегося сплава на основе никеля через...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002594998
Дата охранного документа: 20.08.2016
12.01.2017
№217.015.57ce

Способ получения ультрадисперсного порошка карбида ванадия

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам получения ультрадисперсных порошков карбида ванадия, которые используют при изготовлении твердых сплавов, быстрорежущей стали, ее заменителей, малолегированных инструментальных и некоторых конструкционных сталей и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002588512
Дата охранного документа: 27.06.2016
25.08.2017
№217.015.bf59

Способ диагностики римановой кривизны решетки нанотонких кристаллов

Использование: для диагностики римановой кривизны решетки нанотонких кристаллов. Сущность изобретения заключается в том, что способ диагностики римановой кривизны решетки нанотонких кристаллов включает получение электронно-микроскопического изображения нанотонкого кристалла в светлом поле,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002617151
Дата охранного документа: 21.04.2017
29.12.2017
№217.015.f410

Способ получения диссипативных структур

Использование: для получения диссипативных структур. Сущность изобретения заключается в том, что способ получения диссипативной структуры в аморфной пленке в виде нанотонких кристаллов с упругим ротационным искривлением решетки включает нагревание и последующее охлаждение, где предварительно на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002637396
Дата охранного документа: 04.12.2017
+ добавить свой РИД