[发明专利]一种调控形核和生长过程制备纳米钼粉的方法及应用

说明书

本发明公开了一种调控形核和生长过程制备纳米钼粉的方法，该方法包括：一、将碳纳米颗粒分散于乙醇溶液中后加入MoO₃粉搅匀得到混合液；二、将混合液加热搅拌得到复合粉体；三、将复合粉体在惰性气体中进行分段加热还原得到超细/纳米二氧化钼；四、将超细/纳米二氧化钼进行氢还原得到纳米钼粉；本发明还公开了纳米钼粉在烧结制备细晶/超细晶钼及钼合金材料上的应用。本发明通过调节钼源与形核剂的混匀，采用分段加热还原结合控制氢还原工艺，有效调控了MoO₃还原至Mo的形核和生长过程，显著提高了钼的形核率并有效降低钼粉的粒度，且成本较低，适合大规模工业化生纳米钼粉；本发明的应用提高了钼及钼合金材料的密度，改善其性能。

技术领域

本发明属于纳米粉体材料制备技术领域，具体涉及一种调控形核和生长过程制备纳米钼粉的方法及应用。

背景技术

钼具有高熔点、高强度和高弹性模量、低的膨胀系数、良好的导电、导热性及优越的抗腐蚀性等优点。凭借着这些优异的特性，钼及其合金材料在很多领域有着重要的应用。钼产品大多数是国防和国民经济各部门不可缺少的关键材料，是重要的稀有战略金属。近年来，随着航空航天、军事、化学、核能和冶金等行业的快速发展，对钼及其合金材料性能有了更高的需求。超细/纳米颗粒有许多独特的性质，例如极高的比表面积、界面处原子具有较高的化学活性等，这些特性能显著改变它们的物理、机械和化学性质。另外，烧结法是制备难熔金属材料的主要方法，而相比于微米粉末，超细/纳米粉末可以在低很多的温度下烧结成具有高密度的细晶结构材料。而细化晶粒可以改善金属的性能，例如强度、硬度和耐磨性等等。因此，难熔金属超细/纳米粉体及其超细晶纳米结构材料在近些年一直是人们关注和研究的热点。

目前，工业上制备钼粉的主要工艺为两段氢还原MoO₃。首先，在600℃~700℃将商业高纯MoO₃（微米级）制备出MoO₂（微米级），然后在850℃~1100℃将微米级MoO₂继续还原为钼粉。传统氢还原商业氧化钼过程中，改变温度、料层厚度、氢气露点以及流速等因素难以实现对产物的形核和生长过程以及最终的粒度进行调控，制备出的钼粉粒度较大，一般为微米级。研究者们开发了许多制备超细/纳米钼粉的方法，如机械球磨法、纳米前驱体还原法、化学气相沉积法、自蔓延还原法、低温熔盐法、热等离子体氢还原法、金属丝电爆炸法和碳热还原法等等。但是，受限于成本、生产效率、粉末性能、生产安全性等原因，许多还处在实验探索和研发阶段，难以用于低成本、高效率生产超细/纳米钼粉。这些因素致使超细/纳米钼粉的价格远高于普通钼粉。较大的生产难度和较高的价格极大的限制了超细/纳米钼粉在各个领域中的应用。

目前，虽然氢还原和碳还原制备钼粉具有生产成本和效率等方便的优势，但是，仍缺乏对其还原过程形核、生长和粒度简单、低成本调控的有效方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种调控形核和生长过程制备纳米钼粉的方法。该方法以商业微米级MoO₃粉为钼源，通过调节钼源与形核剂的混匀程度，采用分段加热还原结合控制氢还原工艺，有效调控了MoO₃还原至Mo的形核和生长过程，显著提高了钼的形核率并有效降低钼粉的粒度，促进钼粉的生长，得到纳米钼粉。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种调控形核和生长过程制备纳米钼粉的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将碳纳米颗粒在分散剂的辅助下超声分散于乙醇溶液中，然后加入MoO₃粉并搅拌混匀，得到混合液；所述MoO₃粉为商业微米级MoO₃粉；

步骤二、将步骤一中得到的混合液在加热的条件下进行机械搅拌，直至乙醇溶液完全挥发，得到复合粉体；

步骤三、将步骤二中得到的复合粉体铺放后在惰性气体中进行分段加热还原，得到超细/纳米二氧化钼；