Способ получения нанотрубок оксида вольфрама
Владельцы патента RU 2451577:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к способу получения нанотрубок оксида вольфрама, и может быть использовано при производстве твердых сплавов. Технический результат - упрощение технологии, повышение чистоты нанотрубок. Согласно способу приготавливают порошковую смесь, содержащую порошки карбида вольфрама, оксида двухвалетной меди и наноразмерной меди, полученной по технологии электровзрыва проводника. Порошковую смесь размещают на керамическую подложку слоем, толщиной не более 10 мм. Затем керамическую подложку помещают в вакуумную печь и нагревают до температуры 600°C с выдержкой при этой температуре не более 30 секунд. После чего порошковую смесь остужают и отделяют нанотрубки от побочных продуктов спекания. 2 ил.
Способ относится к порошковой металлургии, к способам получения тугоплавких оксидов, преимущественно к способам получения нанотрубок, и может быть использован для получения наноразмерного карбида вольфрама при последующем замещении кислорода в оксиде вольфрама на углерод.
Известен способ получения нанотрубок оксида вольфрама, который включает смешение кислородсодержащего органического соединения - гидрата щавелевой кислоты с гелем оксида вольфрама. В качестве кислородсодержащего соединения соответствующего металла используют пероксидный оксид молибдена или вольфрама. Технический результат: уменьшение межслоевого расстояния в строении нанотубулярных структур указанных оксидов за счет отсутствия в структуре посторонних радикалов органических соединений [Патент РФ, №2336230].
Однако указанный способ требует использования в качестве исходных материалов ультрадисперсных порошков оксида вольфрама, из которых изготавливается гель. Способ является трудоемким как при подготовке, так и при выделении готовых нанотрубок оксида вольфрама.
Кроме того, известен способ получения оксида вольфрама, являющийся прототипом предлагаемого изобретения и заключающийся в том, что нагрев материала из металла I (Mo, W, V, Zr, Hf, Pt, Re, Nb, Ta, Ti и Ru) с водяным паром или выпаривание электронным лучом упомянутого материала с водой или другим подходящим растворителем, в присутствии соли металла II (NaCl, KCl, LiCl и CsCl), приводит к созданию оксидов металла I с присадкой металла II, а последующее сульфидирование позволяет получить достаточные количества фулереноподобных структур (IF-структур) халькогенидов металла I с интеркалированным и/или заключенным внутри металлом II. Интеркалированные и/или служащие оболочкой IF-структуры образуют стабильные суспензии, например в спирте, а электрофоретическое осаждение из упомянутых суспензий позволяет получить тонкие пленки интеркалированных IF-материалов, которые могут иметь широкий диапазон возможных применений [Патент РФ, №2194807].
Однако указанный способ является технологически сложным, т.к. является длительным и трудоемким и не обеспечивает необходимую чистоту получаемых нанотрубок оксида вольфрама.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение чистоты получаемых нанотрубок оксида вольфрама и упрощение технологии получения нанотрубок оксида вольфрама.
Поставленная задача достигается тем, что способ получения нанотрубок оксида вольфрама заключается в приготовлении порошковой смеси, содержащей неорганическое соединение вольфрама и оксида меди. Порошковую смесь исходных материалов размещают на керамическую подложку слоем, толщиной не более 10 мм. Керамическую подложку помещают в вакуумную печь и нагревают, производят выдержку. Затем порошковую смесь остужают и отделяют нанотрубки от побочных продуктов спекания. В качестве исходной порошковой смеси спекают смесь порошков карбида вольфрама, оксида двухвалентной меди и наноразмерной меди, полученной по технологии электровзрыва проводника. Указанный нагрев производят до температуры 600°C с выдержкой при этой температуре не более 30 секунд.
На фиг.1 приведено изображение получаемой нанотрубки оксида вольфрама, а на фиг.2 приведено изображение порошковой смеси после спекания.
Получаемая нанотрубка (фиг.1) содержит 1 - стенку нанотрубки, 2 - полость внутри нанотрубки. На фиг.2 показана получаемая смесь, состоящая из 3 - скопления нанотрубок оксида вольфрама и 4 - частиц металлической меди.
Способ осуществляется следующим образом: исходные порошки карбида вольфрама, оксида двухвалентной меди и наномеди (полученной электровзрывом проводника) перемешивают до однородного состояния любым доступным способом. Затем свободной насыпкой распределяют порошковую смесь на керамическую подложку слоем не более 10 мм толщиной. Это необходимо для свободной циркуляции газов, выделяющихся в результате реакций, проходящих во время спекания. Керамическую подложку помещают в вакуумную камеру, которая обеспечит удаление газообразных продуктов синтеза нанотрубок оксида вольфрама. Порошковую смесь нагревается при вакууме до 600°C с выдержкой 30 секунд. При этой температуре наноразмерная медь выступает в роли катализатора реакции с образованием нанотрубок оксида вольфрама, оксида одновалентной меди и угарного газа. Следующим этапом углекислый газ восстанавливает оксид одновалентной меди до металлической меди и переходит в углекислый газ, который удаляется вакуумной системой. Выдержка необходима для полного протекания химических реакций. При меньшей выдержке образуется недостаточное количество нанотрубок оксида вольфрама. При большей выдержке может произойти оплавление нанотрубок оксида вольфрама. Поскольку медь и соединения вольфрама практически не реагируют друг с другом, металлическая медь выделяется в виде сферических частиц на поверхности нанотрубок оксида вольфрама. А нанотрубки оксида вольфрама остаются чистыми от включений меди (фиг 2).
Предложенный способ позволяет получить чистые нанотрубки оксида вольфрама, т.к. медь и соединения вольфрама практически не реагируют друг с другом. Применение широко используемых и легкодоступных материалов, в качестве исходного сырья, приводит к существенному упрощению технологии получения нанотрубок оксида вольфрама.
Способ получения нанотрубок оксида вольфрама, включающий приготовление исходной порошковой смеси, содержащей неорганическое соединение вольфрама и оксид меди, размещение порошковой смеси исходных материалов на керамической подложке слоем толщиной не более 10 мм, при этом керамическую подложку помещают в вакуумную печь и нагревают, производят выдержку, затем порошковую смесь остужают и отделяют нанотрубки от побочных продуктов спекания, отличающийся тем, что в качестве исходной порошковой смеси спекают смесь порошков карбида вольфрама, оксида двухвалентной меди и наноразмерной меди, полученной по технологии электровзрыва проводника, указанный нагрев производят до температуры 600°C с выдержкой при этой температуре не более 30 с.
