Способ получения открытопористого наноструктурного никеля


 


Владельцы патента RU 2578617:

Вихорева Юлия Васильевна (RU)

Изобретение относится к получению открытопористого наноструктурного никеля. Смешивают порошкообразный кристаллогидрат нитрат никеля и жидкий многоатомный спирт в качестве газообразующего восстановителя при следующем соотношении: жидкий многоатомный спирт/порошкообразный кристаллогидрат нитрата никеля 1:(2,5-4). Заполняют полученной смесью разогретый до 80°С тигель не более чем на 1/5 его высоты и осуществляют локальное инициирование реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в смеси с обеспечением постоянного отвода образующихся в результате горения газообразных продуктов. Обеспечивается повышение качества пористого наноструктурного никеля с удельной поверхностью от 20 до 40 м2/г, а также однородность наноструктуры без включений не прореагировавших реагентов. 1 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению открытопористого наноструктурного никеля, и может быть использовано при изготовлении воздушных и жидкостных фильтров, основы нейтрализаторов, электродов, составных элементов катализаторов и носителей катализаторов.

Готовят смесь на основе порошкообразного кристаллогидрата нитрата никеля и жидкого многоатомного спирта в качестве газообразующего восстановителя при следующем мольном соотношении компонентов смеси: жидкое органическое соединение/кристаллогидрат нитрата никеля 1:(2.5-4). Подготовленную смесь помещают в предварительно разогретый до 80°С тигель, заполняя его не более чем на 1/5 от высоты, осуществляют локальное инициирование реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза при постоянном отводе образующихся в результате горения газообразных продуктов.

Известен способ получения пористого никеля методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) (патент РФ №2320456, МПК B22F 3/23, публ. 27.03.2008 г.), включающий предварительную подготовку компонентов шихты, содержащей порошки фенолоформальдегидной смолы и высушенного реагента (нитрата никеля), многосложную и длительную осушку органического реагента, соли никеля, перемешивание смеси.

К недостаткам известного способа относится отсутствие возможности получения достаточно однородной наноструктуры без включений непрореагировавших реагентов, т.к. избыток смолы или соли никеля приводит к появлению в металле углерода или оксида никеля соответственно, увеличение трудоемкости процесса, так как существует необходимость подготовки исходных реагентов до смешения, низкие значения удельной поверхности 5-20 м2/г.

Известен в качестве наиболее близкого по технической сущности к заявляемому способ получения открытопористого наноструктурного металла (патент РФ №2480310, МПК B22F 3/23, публ. 27.04.2013 г.), включающий предварительную подготовку компонентов смеси на основе порошкообразного нитрата металла и реагента в виде газообразующего восстановителя, их смешение, последующее проведение реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) при постоянном отводе образующихся в результате горения газообразных продуктов, согласно изобретению в качестве реагента в виде газообразующего восстановителя в составе смеси используют жидкое органическое соединение из группы гидроксисодержащих соединений, например многоатомный спирт, а в составе нитрата металла, инертного к продуктам горения, выбирают металл из побочной подгруппы металлов 1 группы периодической системы элементов, или металл из группы железа, при следующем мольном соотношении компонентов смеси:

- жидкое органическое соединение/нитрат металла соответственно 1:(2÷3), перед смешением компонентов исходной смеси осуществляют сушку порошкообразного кислородсодержащего соединения металла (нитрата металла) при 130-150°C, подготовленную смесь тщательно перемешивают, помещают в ячейку и осуществляют локальное инициирование процесса горения смеси. Кроме того, в предлагаемом способе в качестве жидкого органического восстановителя из группы гидроксисодержащих соединений используют глицерин.

К недостаткам известного способа относится:

- увеличение трудоемкости процесса, из-за необходимости подготовки исходных компонентов;

- обеспечение удельной поверхности готового материала ниже 20 м2/г.

Задачей авторов предлагаемого изобретения является упрощение способа, а также улучшения качества пористого наноструктурного никеля, при сохранении однородной нанноструктуры без включений непрореагировавших реагентов, за счет увеличения показателей удельной поверхности от 20 до 40 м2/г.

Указанные задача и новый технический результат обеспечиваются тем, что в способе получения открытопористого наноструктурного никеля, включающем смешение компонентов смеси на основе порошкообразного кристаллогидрата нитрата никеля и реагента в виде газообразующего восстановителя, в качестве которого используют жидкое органическое соединение из группы гидроксидсодержащих соединений, например многоатомный спирт, смесь тщательно перемешивают, помещают в предварительно разогретый тигель и осуществляют локальное инициирование реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) при постоянном отводе образующихся в результате горения газообразных продуктов, мольное соотношение компонентов смеси: жидкое органическое соединение/кристаллогидрат нитрата никеля 1:(2.5-4).

В основе способа лежит экзотермическая реакция окисления углеродсодержащих компонентов шихты нитрогруппой, при одновременном восстановлении химически связанного никеля до металлического никеля. Для прохождения реакции во всем объеме материала не обязателен разогрев всей смеси, достаточно только локальное инициирование процесса СВС, например, с помощью кратковременного теплового импульса. Газы, выделившиеся в процессе взаимодействия компонентов шихты, прогревают следующие слои материала и вовлекают все новые массы смеси исходных компонентов в процесс горения. Таким образом, осуществляется возможность протекания реакции в узкой зоне, перемещающейся по смеси за счет теплопередачи после локального инициирования процесса СВС.

В результате этого процесса выделяется большое количество газов и паров воды, обуславливающие формирование в условиях проведения СВС высокой степени пространственного разрешения структуры получаемого материала.

Отсутствие предварительной подготовки компонентов обусловлено процессом неполного растворения кристаллогидрата нитрат никеля в многоатомном спирте, который находится в слабой зависимости от размера частиц.

Предварительный разогрев тигля необходим для обеспечения полноты протекания реакции в прилегающих к стенке тигля слоях смеси, в которых при отсутствии разогрева снижается температура во фронте горения, а следовательно, и степень восстановления химически связанного никеля, за счет эффективного теплосъема на разогрев стенок тигля.

Возможность промышленной реализации предлагаемого способа подтверждается следующими примерами конкретного исполнения.

Пример 1.

В лабораторных условиях предлагаемый способ получения открытопористого наноструктурного никеля был опробован с использованием следующих условий и реагентов.

Использовали нитрат никеля в виде его 6-водного кристаллогидрата, в качестве органического реагента (газообразующего восстановителя) использовали многоатомный спирт - глицерин. Компоненты исходной смеси в соотношении 1/(2,5-4) тщательно перемешивали в емкости с последующим помещением в разогретый до 80°C тигель из кварцевого стекла таким образом, чтобы тигель был заполнен не более чем на 1/5 высоты. Через открытый торец тигля реакционную смесь поджигают тепловым импульсом электрической спирали, нагретой до 370-800°C. В точке контакта смеси с искрой возникает фронт реакции горения (СВС), распространяющийся по смеси со скоростью 1 мм/с с выделением большого количества тепла и газообразных продуктов горения.

На чертеже 1 представлена микроструктура открытопористого наноструктурного никеля, полученного СВС методом по примеру 1 (Увеличение в 300000 раз).

Полученный твердофазный продукт имеет структуру, состоящую из взаимосвязанных рыхлоупакованных пористых пленок. Каждая пленка обладает нанокристаллической структурой со средним размером отдельных кристаллитов от 35 до 60 нм. В кристаллитах представлены как наноструктурированные, так и нанофрагментированные области. Размер микроблоков составляет 5-20 нм. Анализ полученного материала показал, что он содержит 99,7% никеля (углерода 0,08%, оксида никеля - 2,92%), обладает пористостью 98%.

Способ получения открытопористого наноструктурного никеля, включающий смешение порошкообразного кристаллогидрата нитрата никеля и жидкого многоатомного спирта в качестве газообразующего восстановителя, отличающийся тем, что полученной смесью заполняют разогретый до 80°С тигель не более чем на 1/5 его высоты и осуществляют локальное инициирование реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в смеси с обеспечением постоянного отвода образующихся в результате горения газообразных продуктов, при этом используют смесь, содержащую компоненты при следующем соотношении: жидкий многоатомный спирт/порошкообразный кристаллогидрат нитрата никеля 1:(2,5-4).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам антифрикционных сплавов на основе алюминия, а также к способам изменения их металлографической структуры сочетанием термической обработки и пластической деформации, и может быть использовано, например, в производстве подшипников скольжения.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам выплавки титановых сплавов и может быть использовано при производстве полуфабрикатов, предназначенных для изготовления деталей газотурбинных двигателей, силовых установок, агрегатов авиационного, топливно-энергетического и морского назначения.
Изобретение относится к области нанотехнологии, а именно к композиционным материалам с металлической матрицей и наноразмерными упрочняющими частицами. Задачей изобретения является повышение прочностных характеристик композиционного материала при минимизации объемной доли упрочняющих частиц.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к технологии получения изделий методом горячей деформации алюминиевых сплавов, преимущественно высокопрочных и жаропрочных, для использования главным образом в авиакосмической технике и транспортном машиностроении.

Группа изобретений относится к металлическим волокнам жаростойкого сплава, которые могут быть использованы для получения истираемых уплотнений проточной части турбины авиационного газотурбинного двигателя.

Изобретение относится к получению композиционного армированного порошкового материала для нанесения покрытий холодным сверхзвуковым газодинамическим напылением.

Группа изобретений относится к порошковой металлургии. Порошковая смесь для получения титанового сплава включает порошок титанового сплава, содержащий алюминий и ванадий или содержащий в дополнение к алюминию и ванадию по меньшей мере один из циркония, олова, молибдена, железа и хрома, и по меньшей мере один металлический порошок, выбранный из порошка меди, порошка хрома и порошка железа, смешанного с порошком титанового сплава.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству жаропрочных сплавов на основе никеля, легированных редкоземельными металлами. Способ получения сплава на основе никеля включает загрузку в плавильный тигель шихты в виде металлических отходов или смеси металлических отходов и легирующих металлов, введение в шихту рафинирующей добавки, расплавление шихты и разливку полученного расплава через фильтр.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению армированных композиционных материалов, и может быть использовано для получения композиционных материалов, работающих в условиях трения в качестве электротехнических изделий, таких как токосъемники, вставки пантографов, электротехнические щетки и т.п.

Изобретение относится к области получения литых композиционных материалов и может быть использовано для получения пропиткой композиционных материалов с углеграфитовым каркасом, которые работают в условиях трения в качестве электротехнических изделий, таких как токосъемники, вставки пантографов, электротехнические щетки и т.п.

Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано для выделения углеродистого материала, содержащего наночастицы, из потоков отходящих технологических газов электролитического производства алюминия.
Изобретения относятся к химической промышленности и нанотехнологии. Углеродные волокна наматывают на плоскую или круглую вращающуюся шпулю и с двух сторон и изнутри подвергают нейтронному облучению.

Изобретение предназначено для химической промышленности и медицины и может быть использовано при изготовлении фильтрующих элементов, адсорбентов, носителей катализаторов, материалов для восстановления костной ткани.
Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Для получения наночастиц никеля, покрытых слоем углерода, сухие лепестки китайской розы, пропитанные водным раствором хлорида никеля, подвергают термическому разложению в вакууме 10-1 мбар.

Изобретение относится к получению нанокристаллических порошков химических соединений и может быть использовано для производства радиационно-защитных, фотокаталитических, сцинтилляционных материалов.

Изобретение относится к теплоэнергетике, может быть использовано для охлаждения оборотной воды. Вентиляторная градирня содержит вентилятор, на нижнюю и верхнюю поверхности каждой из лопастей вентилятора наносят наноматериал в виде стекловидной пленки, причем нанопокрытие выполнено ресурсосберегающим с уменьшающейся толщиной от основания лопасти к периферии.

Изобретение относится к получению металлических нанопорошков с помощью газообразных восстановителей. Двухбарабанная печь содержит установленные друг над другом под наклоном к горизонтали и выполненные с возможностью вращения верхний и нижний барабаны, каждый из которых содержит стальную трубу.

Изобретение относится к области технической керамики, в частности, к износостойкому композиционному наноструктурированному материалу на основе кубического нитрида бора (cBN), содержащему фазы нитрида кремния (Si3N4) и оксида алюминия (Al2O3), предназначенному для применения в режущих инструментах, используемых для обработки закаленных сталей с твердостью до 65 HRC и чугунов, а также способу получения этого материала.

Изобретение относится к получению прекурсора на основе гидратированного диоксида титана для каталитически активного покрытия на инертном носителе, содержащего наноразмерные металлические частицы палладия.

Изобретение предназначено для химической, строительной промышленности и медицины и может быть использовано при изготовлении композитов, пластификаторов бетона, микроцидов с анти-ВИЧ.

Изобретение относится к устройствам для изготовления крупногабаритных сложнопрофильных изделий из композиционных материалов или керамики. Устройство для формирования керамических изделий, содержащее матрицу с рабочей зоной, сердечник, узлы для их взаимной соосной установки, снабжено размещенными в матрице термоэлектрическими нагревателями и горизонтально и параллельно расположенными друг к другу с равномерным шагом газоподводящими каналами, подводящим лазерным световодом, соединенным с рабочей зоной матрицы посредством рабочего световода.
Наверх