[发明专利]一种高纯球形钌粉的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，具体涉及一种高纯球形钌粉的制备方法。

背景技术

高新技术的飞速发展，对钌(Ru)及Ru基合金材料的性能提出推来越高的要求。钌粉的制备是发展钌工业技术的首要环节，满足一些特殊用途的高纯球形钌粉制备技术还存在问题。

纯钌和钌基合金材料在电子产品的制造中作为靶材被广泛应用，而靶材通常要求材料自身杂质含量低、组织成分和晶粒尺寸均匀且致密度高。熔炼法是靶材制作的常用方法，尽管熔炼法能控制靶材的纯度，但组织均匀性较差，且靶材晶粒粗大，同时，由于室温条件下Ru靶的加工性较差，熔炼法制得的靶材后续机加工较难进行。粉末冶金法适于制备组织均匀且晶粒细小的靶材，成为目前制备Ru靶的主要制备方法，常用的烧结方法有热等静压、通电烧结法、真空热压法。提供性能满足要求的Ru粉用以制备Ru靶，成为高性能Ru靶产业的关键技术。

专利文件1发明了一种用化学法制备高纯钌粉的方法，具体是将粗钌粉经蒸馏、吸收、干燥和烘烤制得RuOCl₃颗粒，然后在氢气中还原为高纯Ru粉，纯度高于99.995wt％，其中碱金属、碱土金属和过渡金属杂质含量均低于1ppm，放射性元素杂质含量均低于10ppb，非金属杂质总含量低于500ppm。但该专利并未表明所制备钌粉颗粒的形貌及其大小。专利文件2采用电化学法制备高纯钌粉，具体是将粗钌粉(纯度低于99.9wt％)作为阳极，通过电解精炼，在阴极制得高纯钌粉。该Ru粉纯度高于99.99wt％，其中Na和K含量低于10ppm，Fe、Al和Si低于30ppm，O低于100ppm。但该专利也未公布所制备钌粉颗粒的形貌及其大小。专利文件3也是用化学法制备高纯钌粉的方法，具体步骤是将粗钌粉经蒸馏、吸收、干燥和烘烤制得(NH₄)₂RuCl₆颗粒，然后在空气中煅烧，之后在氢气中还原为高纯海绵Ru，最后球磨制得高纯Ru粉。该Ru粉纯度高于99.99wt％，其中铁、碳、钠和钾含量均低于10ppm，氮和氯含量均小于50ppm，总杂质含量(除气体元素)低于100ppm。但该专利所提供的方法制得的钌粉颗粒形貌及大小的控制精度不高。

专利文件1：US006036741A

专利文件2：US20070240992A1

专利文件3：CN103223493A

发明内容

本发明的目的在于提供一种高纯球形钌粉及其制备方法，在尽可能降低杂质含量的同时，尽量提高Ru颗粒的球形度和尺寸均匀性。

本发明的钌粉为球形、粒径为10～20μm，平均粒径为12μm，纯度大于99.995wt％，振实密度为5.1～6.3g/cm³。钌粉中金属元素杂质(含硅)总含量低于50ppm，其中铁含量低于10ppm，铝含量低于10ppm，钠、钾、钙和硅等其他元素含量均低于10ppm；非金属杂质(不含硅)总含量低于100ppm，其中氧含量低于50ppm，碳含量低于30ppm，氮含量低于10ppm，硫含量低于10ppm。

本发明以海绵钌(<99.9％)为原料，采用“蒸馏——化学沉淀——雾化造粒——微波煅烧”工艺制得高纯球形钌粉，具体制备方法包括如下步骤：

(1)蒸馏/化学沉淀工艺：采用蒸馏结合化学沉淀法，控制溶液(饱和NaOH溶液)温度为70～90℃，氯气流量为30～50L/h，蒸馏气体(RuO₄)由浓盐酸吸收。然后，向该吸收液(H₂RuCl₆溶液)中加入氯化铵(优级纯)饱和溶液，过滤沉淀物，至于烘箱中180℃干燥，制得高纯(NH₄)₂RuCl₆粉体；

(2)雾化干燥工艺：采用雾化干燥法，控制液流量为3.0～8.0ml/min，雾化气压为0.1～0.5MPa，进口温度为160～220℃，热空气气流量为4.0～10.0L/min，制得(NH₄)₂RuCl₆球形颗粒，粒径约为20～30μm；