一文了解超细镍粉的制备工艺及应用发展


来源:中国粉体网   Betty

[导读]  镍具有磁性、导电性、高温稳定等性质。制备成超细镍粉具有极大的表面效应和体积效应,在电性能、吸波、热阻、光吸收、化学活性等方面表示出一系列特殊的性质,因而在电子浆料、金属陶瓷化、屏蔽吸波材料、催化剂、电池材料等许多领域具有广阔的应用前景。

中国粉体网讯  镍具有磁性、导电性、高温稳定等性质。制备成超细镍粉具有极大的表面效应和体积效应,在电性能、吸波、热阻、光吸收、化学活性等方面表示出一系列特殊的性质,因而在电子浆料、金属陶瓷化、屏蔽吸波材料、催化剂、电池材料等许多领域具有广阔的应用前景。

 

超细镍粉的一系列物理化学性质都随粉末形貌、颗粒大小及分布而改变,如何通过控制反应条件制备出满足需要的具有一定形状、大小及分布的颗粒,是超细镍粉研究的一个重要方面。

 

超细镍粉的制备方法

 

1.  气相法

 

1.1蒸发-冷凝法

蒸发-冷凝法生产超细镍粉的过程为:将金属镍加热到1425℃汽化,蒸气急速冷凝即可制得镍粉。采用真空环境蒸发可以降低蒸发温度,如在1.33Pa压力下加热到700℃即得到镍蒸气。蒸发-冷凝法在理论上可以制备任何材料,其特点是所制取的超细粉末表面清洁,粒径可调,结晶形状一般为球形,特别适合于金属超细粉末的制备。

 

1.2羰基镍热分解法

羰基镍热分解法于1889年由英国蒙德等提出。它主要分两步进行:第一步是制备羰基镍,第二步是分解羰基镍获得镍粉。该法比较实用,生产的镍粉纯度非常高,用途比较广泛。

 

1.3化学气相沉淀法

化学气相沉积法又称气相氢还原法。该方法是在高温下使氯化镍挥发,然后在氢气气氛下还原为金属镍原子,通过形核、生长、碰撞等过程,得到球形超细镍粉。化学气相沉积法由于其结晶温度高,因而所生产的镍粉结晶性好,纯度高,颗粒粒度可控。该法能够以较低的生产成本生产粒径均匀的球形超细镍粉,适合于MLCC中代替金属钯的电极材料,其价格可与传统的电容器电极材料相竞争,但是所需设备比较昂贵,而且设备腐蚀严重。

 

1.4电爆炸丝法

电爆炸丝法是制备镍粉的一种较新的方法,它是在充满惰性气体的反应室中,对镍丝施加直流高压电,在镍丝内部形成很高的电流密度,使镍丝爆炸获得超细镍 粉。镍丝可通过一个供丝系统自动进入反应室中,从而使上述过程可重复进行。

 

2.液相法

 

2.1高压氢还原法

在高压釜内,有催化剂存在条件下,可以用氢气还原镍的氨性水溶液或不溶于水的碱式碳酸镍、氢氧化镍等水浆液,制得超细镍粉。

 

2.2液相还原法

液相还原法就是将反应物配制成一定浓度的溶液,利用还原剂将液相中的镍还原出来,其反应机理是氧化还原反应。所用的还原剂一般为水合肼、NaBH4、KBH4以及多元醇。液相还原法的优点为原料来源广泛,设备简单,操作简便,产品纯度高,颗粒尺寸小、分布均匀。但其缺点为还原剂硼氢化钠价格昂贵,且水合肼有毒。

 

2.3微乳液法

“微乳液”定义为两种不互溶的液体形成的热力学稳定、各向同性、透明或半透明的分散体系,体系中包含由表面活性剂形成的界面膜所稳定的其中一种或两种液体的液滴。微乳液将连续介质分散成为微小空间,微乳液法已经广泛地应用于超细镍粉的制备。高保娇等研究了在水(溶液)/二甲苯/十二烷基硫酸钠/正戊醇反相微乳液体系内,用水合肼在强碱性环境中恒温水浴条件下还原硫酸镍,通过控制微乳液体系的构成,可调整产物的粒径,制得球形、粒径分布均匀的超细金属镍粉。

 

2.4超声雾化-热分解法

超声雾化-热分解法是一种生产具有独特性质微粒的重要方法,该方法利用了超声波的高能分散机制,目标物前驱体母液经过超声雾化器产生微米级的雾滴,并被载气带入高温反应器中发生热分解,从而得到粒径均匀的超细粉体材料。超声雾化-热分解法由于目标成分易控制,前驱物来源广泛,产品粒度分布较窄而且粒径可控。

 

2.5电解法

在电解池中加入含Ni2溶液,以镍板作阳极,石墨或贵金属作阴极,接通电源并周期性改变电流方向,生成的镍粉沉积在电解池底部,之后用磁性材料收集。该法是目前工业生产中应用较多的一种方法,但存在腐蚀性强、劳动条件差、耗能较高并易造成一定程度环境污染的问题,需要对工艺进行改进。

 

2.6射线辐射合成法

γ射线辐射金属镍盐溶液制备超细镍粉的基本原理是:水在γ射线辐射下能产生大量的粒子,这些粒子中水合电子和氢原子具有较强的还原能力,可将金属镍离子逐级还原,新生成的镍原子聚集成核,最终生成超细颗粒。通过控制溶液浓度、pH值、辐照剂量,可以控制微粒的尺寸和形状。

 

3.固相法

 

3.1机械破碎法

机械破碎法是利用机械力将大块料破碎为所需颗粒的方法,根据机械力的不同,可分为气流冲击法、机械球磨法以及超声波粉碎法。机械球磨法是目前制备超细镍粉比较经济的一种方法。机械球磨法的优点是操作工艺简单,成本低廉,制备效率高,且能够制备出常规方法难以获得的高熔点金属超微颗粒。它的缺点是粒径分布不均匀,纯度较低。

 

3.2固相分解法

V.Rosenbanddeng用石墨作为反应器,在氩气环境中加热分解固体甲酸镍制备了镍粉,得到的镍粉平均粒径为0.4-0.6μm,粉末形状为近球形。该种方法制得的镍粉纯度很高,通过调整工艺参数,可以制得满足MLCC内电极用条件的镍粉,但是该种方法制取镍粉的成本较高。

 

超细镍粉的应用

 

1.  电池材料

镍氢电池和锂离子电池作为新型二次电池在新能源材料中发挥着越来越重要的作用。锂离子电池以其比能量高、电池电压高、工作温度范围宽、储存寿命长等优点而被广泛应用于军事和民用电器中。而锂离子电池正极材料的发展也经历了曲折的历程,目前广泛应用的主要是LiCoO2,而廉价的LiNiO2和LiMnO2正在广泛的研究和试用中。LiNiO2的晶体结构与LiCoO2的相似,但其价格相当低廉,且比容量大。LiNiO2的合成条件比较苛刻,这也是当前LiNiO2正极材料大规模开发必须要突破的关键问题。

 

2.磁性材料

超细镍粉是一种优良的磁性材料,它可以分散在载液中形成磁流体;具有规范棒状或线形的纳米镍粉可以制作高存储密度的“量子磁盘”,有人利用Ni—Fe和Ni—Co等的磁电阻效应试制磁头,这种磁头读出电压高,不需要线圈,避免了感应磁头在记录密度很高时响应慢的缺点。

 

3.硬质合金

硬质合金自1923年问世以来,金属钴一直被认为是最好的粘结金属,但因其价格昂贵,供应也不稳定,使得具有同样粘结性质而价格却相对便宜的镍逐渐受到青睐。

 

4.催化材料

超细镍粉是一种优良的化学催化剂材料。粒径小于5nm,以Si为载体的Ni纳米颗粒催化剂,不仅表面活性好,而且使丙醛氢化反应中的选择性急剧上升;用Ni/SiO2作乙烷氢解的催化剂,当颗粒尺寸由22nm减小至2.5nm时,催化反应速率增加10倍;纳米镍粉催化环辛二烯加氢生成环辛烯,活性是传统骨架Ni的2—7倍,选择性则提高5倍以上。

 

5.吸波材料

利用其优异的导电、导磁特性,将超细镍粉与高分子基体材料复合可以制备电磁波屏蔽材料。基于超细镍粉导电涂层的吸收和散射电磁射线的电子矢量能力强、磁矢量衰减幅度大,经过特殊处理后具有优良的抗氧化、抗腐蚀和抗潮湿能力,所以在电磁波屏蔽材料中所占比例越来越大。

 

6.军用特种材料

超细镍粉在军事领域主要应用于固体火箭推进剂和火炸药的纳米催化复合材料。采用镍粉可以提高同体推进剂和火炸药的燃速并降低临界分压。据报道,在固体火箭推进剂中加入约1%的纳米镍粉,其燃烧效率增加100倍。

 

7.多层陶瓷电容器MLCC

随着电子整机产品市场格局的调整,移动通信设备和便携式计算机发展迅速,为MLCC的发展带来巨大的市场空间。传统的MLCC电极材料为Pd/Ag合金或纯Pd,目前用量最大的Pd30/A970内电极进口浆料的价格高于2.5万元/kg,所以采用贱金属材料替代Pd/Ag电极是MLCC发展的重要趋势。为了兼顾大容量和低成本要求,贱金属Ni电极是最好的选择。

 

此外,超细镍粉在多孔材料、手性材料、喷涂材料、纳米复合电镀材料以及在改善润滑油摩擦磨损性能等方面也有广泛应用。

 

 

 

参考文献:

李启厚等. 超细镍粉的制备、应用现状及发展趋势

郭顺等. MLCC用超细镍粉的制备方法及发展趋势

宋书清等. 超细镍粉的制备及应用

 

(中国粉体网编辑整理)

注:图片非商业用途,存在侵权请告知删除!

推荐1
相关新闻:
网友评论:
0条评论/0人参与 网友评论

版权与免责声明:

① 凡本网注明"来源:中国粉体网"的所有作品,版权均属于中国粉体网,未经本网授权不得转载、摘编或利用其它方式使用。已获本网授权的作品,应在授权范围内使用,并注明"来源:中国粉体网"。违者本网将追究相关法律责任。

② 本网凡注明"来源:xxx(非本网)"的作品,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责,且不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。如其他媒体、网站或个人从本网下载使用,必须保留本网注明的"稿件来源",并自负版权等法律责任。

③ 如涉及作品内容、版权等问题,请在作品发表之日起两周内与本网联系,否则视为放弃相关权利。

粉体大数据研究
  • 即时排行
  • 周排行
  • 月度排行
图片新闻