способ получения субмикронного порошка никеля

Формула изобретения

Способ получения субмикронного порошка никеля, включающий термическое разложение формиата никеля в жидкой органической среде, отличающийся тем, что термическое разложение формиата никеля проводят в среде бензилового спирта при соотношении весовых количеств бензилового спирта к формиату никеля не менее чем 2:1 и температуре 195-205°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии получения субмикронных порошков никеля, широко используемых для производства многослойных конденсаторов в электронной промышленности, для изготовления фильтрующих элементов, различных сплавов, для приготовления катализаторов и т.п.

Известен способ восстановления соединений никеля (оксида, гидроксида) при их кипячении с алифатическими многоатомными спиртами - полиолами (этиленгиколь, глицерин, пропиленгликоль, бутиленгликоль), позволяющий получать никелевые порошки со средним размером частиц от 0,3 до 2 мкм.

Процесс восстановления согласно данному способу длится от 42 часов до 6 дней, получаемый никелевый порошок загрязнен исходными компонентами из-за невозможности количественного восстановления никеля. Кроме того, длительное кипячение алифатических полиолов в присутствии никеля приводит к их дегидрированию с выделением углерода, который также остается в конечном продукте в виде твердого раствора в никеле или в виде карбида Ni₃С, что обуславливает дополнительное загрязнение получаемого порошка. (1. US, патент № 4539041, кл. B 22 F 009/00, 1985 г.)

Известен способ получения порошка никеля с размером частиц около 0,054 мкм путем восстановления суспензии основного карбоната никеля в водной среде при повышенной температуре, в котором восстановление осуществляют водным раствором гидразин-гидрата с концентрацией гидразина не менее 4 моль/л при мольном отношении гидразина к никелю не менее 1,3 и температуре 80-90 С. Выход порошка никеля 62-97%. Получаемый порошок имеет невысокий уровень чистоты, связанный с неполным восстановлением никеля. (2. Пат. РФ № 2102191, кл. B 22 F 9/24, С 22 В 23/00, 1998 г.)

Известны способы получения порошков никеля термическим разложением формиата никеля в инертной газовой атмосфере, в вакууме или среде газа восстановителя. Способы обеспечивают получение очень тонких порошков никеля с размером частиц до 50 . Получаемые таким образом порошки обладают высокой пирофорностью, а следовательно, их трудно хранить и транспортировать. (3. Баландин А.А., Григорян Е.С. и Янышева З.С. “Термическое разложение формиата никеля”. Журнал общей химии (Россия), т. 10, вып.11, с.1031-1041, 1940 г. 4. P.G. Fox, J. Ehretsmann and C.E. Brown. "The Development of Internal Structure During Thermal Decomposition: Nickel Formate Dihydrate. Journal of Catalysis, v. 20, p. 67-73, 1971).

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ защиты высокодисперсного пирофорного никеля. Способ заключается в получении порошкообразного никеля с размером частиц до 50 термическим разложением формиата никеля в расплаве органического соединения транс-стильбена при температуре 255-275 С и дальнейшем его хранении в капсулированном виде в форме комплекса никеля с трас-стильбеном. Получаемый таким образом порошок никеля имеет низкое содержание никеля в готовом продукте (50-80 мас.%), а после удаления транс-стильбена он сохраняет высокую активность и пирофорность. Кроме того, высокая температура проведения процесса способствует образованию примесей углерода и карбида никеля. (5. Пат. РФ № 2039597, кл. B 01 J 25/02, 37/00, опубл. 20.07.95 г.)

Задача, решаемая заявляемым техническим решением, заключается в получении непирофорного субмикронного порошка никеля высокой чистоты.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в заявляемом способе получения субмикронного порошка никеля термическим разложением формиата никеля в жидкой органической среде термическое разложение формиата никеля проводят в среде бензилового спирта при соотношении весовых количеств бензилового спирта к формиату никеля не менее чем 2:1 и температуре 195-205 С.

По отношению к выбранному прототипу заявляемое техническое решение обладает совокупностью новых и существенных признаков, позволяющих решить поставленную задачу.

Бензиловый спирт, одноатомный спирт ароматического ряда, представляет собою жидкость с температурой кипения 204,8 С. В заявляемом техническом решении его используют в качестве инертной среды, в которой происходит термическое разложение формиата никеля.

Использование в качестве среды бензилового спирта позволяет получить непирофорный порошкообразный никель со средним размером частиц от 0,05 до 0,8 мкм и чистотой не менее 99 мас.%.

Важным существенным признаком является соотношение между бензиловым спиртом и формиатом никеля в процессе термического разложения. Уменьшение этого соотношения до величины, меньшей чем 2:1, не обеспечивает достаточную защиту образующегося никеля от окисления.

Термическое разложение формиата никеля проводят при температуре 195-205 С. Верхний уровень температуры определяется температурой кипения бензилового спирта. Снижение температуры ниже 195 С нецелесообразно из-за резкого увеличения времени полного разложения формиата никеля.

Таким образом, использование бензинового спирта, а также проведение процесса в заявляемых пределах указанных выше условий, обеспечивает получение непирофорного порошка никеля субмикронных размеров и чистотой не менее 99 мас.%.

Примеры конкретного выполнения способа.

Пример 1. 10 г формиата никеля Ni(HCO₂)₂ 2H₂O нагревали в стеклянной колбе со 100 г бензинового спирта. После полного удаления кристаллизационной воды температуру смеси поднимали до 205 С и выдерживали при этой температуре в течение 20 часов. Образовавшийся темный осадок отделяли декантацией, промывали несколько раз этиловым спиртом и сушили при температуре 60 С. По результатам химического анализа и электронной микроскопии порошок содержит 99,3 маc.% никеля, средний размер частиц составляет 0,5 мкм. Порошок никеля не пирофорен.

Пример 2. 10 г формиата никеля Ni(НСO₂)₂ 2Н₂О нагревали в стеклянной колбе со 100 г бензилового спирта аналогично примеру 1, но температуру смеси поддерживали на уровне 195 С в течение 40 часов. Полученный порошок содержит 99,1 маc.% никеля, средний размер частиц составляет 0,8 мкм. Порошок никеля не пирофорен.

Пример 3. 200 г формиата никеля Ni(HCO₂)₂ 2Н₂О нагревали в стеклянной колбе с 400 г бензилового спирта аналогично примеру 1 в течение 10 часов. Полученный порошок содержит 99,3 мас.% никеля, средний размер частиц составляет 0,4 мкм. Порошок никеля не пирофорен.

Пример 4. 10 г безводного формиата никеля Ni(HCO₂)₂ и 100 г бензилового спирта выдерживали при температуре 205 С в течение 20 часов. Образовавшийся осадок отделяли, промывали и сушили как в примере 1. Полученный порошок содержит 99,4 маc.% никеля, средний размер частиц составляет 0,05 мкм. Порошок никеля не пирофорен.

Пример 5. 500 г формиата никеля Ni(НСО₂)₂ 2Н₂О нагревали в стеклянной колбе с 1500 г бензилового спирта. После полного удаления кристаллизационной воды температуру смеси поднимали до 205 С и выдерживали при этой температуре в течение 15 часов. Образовавшийся осадок отделяли, промывали и сушили как в примере 1. Полученный порошок содержит 99,5 маc.% никеля, средний размер частиц составляет 0,3 мкм. Порошок никеля не пирофорен.

Полученный согласно изобретению никелевый порошок субмикронных размеров с малым содержанием примесей (менее 1 маc.%) не пирофорен. Его легко хранить, транспортировать и использовать. Предпочтительно полученный никелевый порошок использовать для производства многослойных конденсаторов и изготовления фильтрующих элементов.