[發(fā)明專利]一種高導(dǎo)熱鈷粉及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110003009.8
• 申請(qǐng)日: 2021-01-04
• 公開（公告）號(hào): CN112846212B
• 公開（公告）日: 2023-02-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何愛山
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 宇辰新能源材料科技無錫有限公司
• 主分類號(hào): B22F9/22
• 分類號(hào): B22F9/22;B22F1/12;H01B1/02
• 代理公司: 無錫華源專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32228
• 代理人: 孫力堅(jiān)

本發(fā)提供了一種高導(dǎo)電鈷粉及其制備方法，屬于金屬粉末制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明高導(dǎo)電鈷粉的制備方法如下：(1)將三聚氰胺與鈷鹽研磨混勻，在惰性氣氛中以階梯式升溫方式加熱反應(yīng)得到碳化氮和氧化亞鈷的復(fù)合物；(2)將上述碳化氮和氧化亞鈷的復(fù)合物在分解氨氣氛中焙燒，得到碳化氮和鈷粉的復(fù)合物；(3)將上述碳化氮和鈷粉的復(fù)合物在惰性氣氛中恒溫反應(yīng)，得到復(fù)合石墨烯和/或碳納米管的高導(dǎo)電鈷粉。本發(fā)明先對(duì)原材料進(jìn)行低溫?zé)崽幚恚缓蟛捎酶邷卮呋ㄖ苯釉阝挿郾砻嫔L(zhǎng)石墨烯、碳納米管，鈷粉與石墨烯、碳納米管進(jìn)行了化學(xué)結(jié)合，從而提高鈷粉的導(dǎo)熱性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬粉末制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種高導(dǎo)熱鈷粉及其制備方法。

背景技術(shù)

硬質(zhì)合金是一種以難熔金屬化合物為基體，以過渡族金屬為粘結(jié)相，通過粉末冶金方法制備的金屬陶瓷材料。現(xiàn)有的硬質(zhì)合金材料主要是由基體WC和粘結(jié)相Co金屬組成。硬質(zhì)合金因其具有良好的耐磨性、高硬度、高強(qiáng)度等特點(diǎn)，已普遍應(yīng)用于汽車和航空制造、石油和天然氣鉆探、地?zé)崮茉纯碧健⒉傻V、以及耐磨零件等領(lǐng)域中。相當(dāng)一部分硬質(zhì)合金長(zhǎng)期在高溫環(huán)境下工作時(shí)，其熱學(xué)性能對(duì)失效行為影響很大，而導(dǎo)熱系數(shù)是進(jìn)行工程熱設(shè)計(jì)重要物理參數(shù)之一。導(dǎo)熱系數(shù)越高，可迅速導(dǎo)走接觸區(qū)域積蓄的熱量，減小溫度梯度，減少熱誘導(dǎo)應(yīng)力，進(jìn)而抑制熱疲勞裂紋萌生，延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命。因此，增強(qiáng)硬質(zhì)合金的導(dǎo)熱性能對(duì)產(chǎn)品的壽命和使用性能有重要影響。純碳化鎢的熱傳導(dǎo)性很好，但隨著鈷含量的增加，硬質(zhì)合金的導(dǎo)熱率下降。因而，由于普通鈷粉的熱傳導(dǎo)性不好，在一定程度上限制了以Co作為粘結(jié)相的硬質(zhì)合金的應(yīng)用。因此，研制一種適用于硬質(zhì)合金用的高導(dǎo)熱鈷粉的意義深遠(yuǎn)而又迫在眉睫。

石墨烯和碳納米管具有超強(qiáng)的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，因此將石墨烯和碳納米管復(fù)合到金屬鈷中，預(yù)期可以得到輕質(zhì)高強(qiáng)、兼?zhèn)鋵?dǎo)電、導(dǎo)熱等功能特性一體化的金屬鈷粉。然而，由于石墨烯和碳納米管比表面積大、比表面能較高、團(tuán)聚現(xiàn)象相當(dāng)嚴(yán)重，很難在鈷金屬基體上均勻分散；而且石墨烯和碳納米管密度較小，既不親水也不親油，反應(yīng)活性較低，使得對(duì)其進(jìn)行改性比較困難，種種原因?qū)е铝耸┖吞技{米管與金屬鈷基體復(fù)合難度較大，傳統(tǒng)的直接摻雜石墨烯、碳納米管方法很難制備出導(dǎo)熱性能優(yōu)異的鈷粉。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種高導(dǎo)熱鈷粉及其制備方法。本發(fā)明先對(duì)原材料進(jìn)行低溫?zé)崽幚恚缓蟛捎酶邷卮呋ㄖ苯釉阝挿郾砻嫔L(zhǎng)石墨烯、碳納米管，鈷粉與石墨烯、碳納米管進(jìn)行了化學(xué)結(jié)合，從而提高鈷粉的導(dǎo)熱性能。

本發(fā)明中第二步中指出了在分解氨氣氛中焙燒，分解氨的成份是氮?dú)浠旌蠚猓诘獨(dú)浠旌蠚庵斜簾环矫嬷饕前训谝徊街猩傻难趸瘉嗏掃€原為鈷粉，在碳化氮轉(zhuǎn)化為石墨烯和碳納米管的過程中起催化作用的是鈷金屬而非氧化鈷，所以必須用第二步把第一步產(chǎn)生的氧化亞鈷轉(zhuǎn)化為金屬鈷粉，才能達(dá)到催化劑的目的，另一面在氮?dú)浠旌蠚鈿夥障拢?50-500℃，更進(jìn)一步分解碳化氮里面的雜質(zhì)元素，提高碳化氮純度，也就是純化碳化氮。

本發(fā)明中第三步的目的是通過鈷的催化，碳化氮轉(zhuǎn)化石墨化的石墨烯和/或碳納米管生在在鈷粉表面，轉(zhuǎn)化過程中是生成的是石墨烯還是碳納米管，是根據(jù)鈷粉的形貌控制，而鈷粉的形貌對(duì)原料的形貌有繼承性，也就是說碳酸鈷和草酸鈷的形貌對(duì)鈷粉的形貌有很大的影響，通常草酸鈷是樹枝狀，碳酸鈷是類球形，所以本發(fā)明用固體碳酸鈷和草酸鈷的目的是控制鈷粉的形貌，從而再調(diào)節(jié)生成石墨烯還是碳納米管。

本發(fā)明中通過形貌不同的碳酸鈷和草酸鈷來控制鈷粉的形貌和粒度，從而影響碳化的產(chǎn)物主要是石墨烯還是碳納米管，本發(fā)明中是利用鈷本身的特性而非氧化鈷的特性，將碳化氮催化轉(zhuǎn)為石墨烯和碳納米管，并且生成的高度石墨化的石墨烯和碳納米生長(zhǎng)在鈷顆粒上面，是化學(xué)結(jié)合，通過碳化氮在高溫鈷催化作用下生成高活性碳，微量的高活性碳與鈷顆粒發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成碳化鈷薄膜，大量的活性碳以石墨烯或碳納米管的形式在此薄膜表面沉積生長(zhǎng)，而不是把鈷包覆在碳納米管里面，生長(zhǎng)在鈷顆粒上面的石墨烯和碳納米管有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，給鈷顆粒之間提供了大量的熱傳導(dǎo)路徑，從而提高了鈷粉的導(dǎo)熱性能。