RU2320456C2 - Method for producing porous nano-structural nickel - Google Patents
Method for producing porous nano-structural nickel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2320456C2 RU2320456C2 RU2005135372/02A RU2005135372A RU2320456C2 RU 2320456 C2 RU2320456 C2 RU 2320456C2 RU 2005135372/02 A RU2005135372/02 A RU 2005135372/02A RU 2005135372 A RU2005135372 A RU 2005135372A RU 2320456 C2 RU2320456 C2 RU 2320456C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nickel
- formaldehyde resin
- powders
- charge
- powder
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению пористого наноструктурного чистого никеля с высокой удельной поверхностью, и может быть использовано в промышленности при изготовлении воздушных и жидкостных фильтров, основы нейтрализаторов выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, электродов в устройствах накопления и сохранения заряда, составных элементов катализаторов и носителей катализаторов.The invention relates to powder metallurgy, in particular to the production of porous nanostructured pure nickel with a high specific surface, and can be used in industry in the manufacture of air and liquid filters, the basics of exhaust gas neutralizers, electrodes in charge storage and storage devices, constituent elements catalysts and catalyst carriers.
Известен способ получения пористого проницаемого материала из шихты на основе никеля, наиболее близкий к заявляемому по технической сущности, следующего состава, мас.%: алюминий 17,5-35; гидрид титана 3,5-13,5; никель - остальное (патент РФ №2009017, МПК В22F 1/00, публ. 15.03.94, БИ №5/94).A known method of obtaining a porous permeable material from a mixture based on Nickel, the closest to the claimed technical essence, the following composition, wt.%: Aluminum 17.5-35; titanium hydride 3.5-13.5; nickel - the rest (RF patent No. 2009017, IPC B22F 1/00, publ. 15.03.94, BI No. 5/94).
Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:
- отсутствие средств и условий, обеспечивающих получение наноструктуры готового материала, пригодного для фильтров, микропористых электродов и элементов катализаторов;- the lack of means and conditions for obtaining a nanostructure of the finished material suitable for filters, microporous electrodes and catalyst elements;
- обеспечение удельной поверхности готового материала ниже 10 м2/г, что недостаточно для использования его в качестве фильтров, микропористых электродов и элементов катализаторов;- providing a specific surface area of the finished material below 10 m 2 / g, which is not enough to use it as filters, microporous electrodes and catalyst elements;
- невысокая степень пористости и недостаточно высокая степень пространственного разрешения структуры готового материала.- low degree of porosity and insufficiently high degree of spatial resolution of the structure of the finished material.
Задачей авторов изобретения является разработка энергосберегающего способа получения пористого наноструктурного чистого никеля с минимальным содержанием примесей побочных веществ, с большой удельной поверхностью и высоким пространственным разрешением структуры готового материала.The task of the inventors is to develop an energy-saving method for producing porous nanostructured pure nickel with a minimum content of by-product impurities, with a large specific surface area and high spatial resolution of the finished material structure.
Новый технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого способа, заключается в получении пористого наноструктурного чистого никеля, имеющего высокую степень пространственного разрешения структуры готового материала, представляющего собой взаимосвязанные субмикронные нити, состоящие из слабо спеченных между собой микрочастиц металла с нанопористой структурой, за счет повышения степени его пористости и удельной поверхности.A new technical result achieved using the proposed method is to obtain a porous nanostructured pure nickel having a high spatial resolution of the finished material structure, which is interconnected submicron filaments consisting of weakly sintered microparticles of metal with a nanoporous structure, by increasing its degree porosity and specific surface.
Указанные задача и новый технический результат обеспечиваются тем, что в известном способе получения пористого наноструктурного никеля, включающем подготовку никельсодержащей шихты с термически неустойчивым компонентом и проведение реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза под воздействием кратковременного теплового импульса, в соответствии с предлагаемым сначала готовят шихту из порошков фенолоформальдегидной смолы и нитрата никеля в качестве термически неустойчивого компонента с размером частиц не более 200 мкм, причем порошки смешивают в следующем соотношении: на 100 мас.ч. порошка фенолоформальдегидной смолы - 380-420 мас.ч. порошка нитрата никеля, после чего смесь помещают в ячейку из термостойкого материала, характеризующегося низкой теплопроводностью, и проводят локальное инициирование процесса горения смеси кратковременным тепловым импульсом с постоянным отводом образующихся в процессе реакции газообразных продуктов.These tasks and a new technical result are ensured by the fact that in the known method for producing porous nanostructured nickel, which includes preparing a nickel-containing charge with a thermally unstable component and carrying out a reaction of self-propagating high-temperature synthesis under the influence of a short-term heat pulse, in accordance with the proposed mixture is first prepared from phenol-formaldehyde resin powders and nickel nitrate as a thermally unstable component with a particle size of not more than 20 0 μm, and the powders are mixed in the following ratio: per 100 parts by weight powder phenol-formaldehyde resin - 380-420 wt.h. nickel nitrate powder, after which the mixture is placed in a cell made of a heat-resistant material, characterized by low heat conductivity, and localization of the combustion process of the mixture with a short-term heat pulse is carried out with a constant removal of gaseous products formed during the reaction.
Предлагаемый способ поясняется следующим образом. Первоначально для получения пористого наноструктурного чистого никеля раздельно измельчают в индивидуальных емкостях высушенный нитрат никеля и фенолоформальдегидную смолу до состояния порошка. Сушка нитрата никеля необходима для удаления из него кристаллизационной воды, которая отрицательно влияет на проведение в дальнейшем процесса СВС. Раздельное измельчение исходных веществ предотвращает возможность начала процесса СВС, которое может произойти при их совместном измельчении.The proposed method is illustrated as follows. Initially, to obtain a porous nanostructured pure nickel, dried nickel nitrate and phenol-formaldehyde resin are separately crushed in individual containers to a powder state. Drying of nickel nitrate is necessary to remove crystallization water from it, which negatively affects the subsequent SHS process. Separate grinding of the starting materials prevents the possibility of the start of the SHS process, which can occur during their joint grinding.
Размер частиц порошкообразных компонентов шихты, обеспечивающий равномерно протекающий процесс СВС и требуемый параметр наноструктуры готового материала, должен быть не более 200 мкм. При меньшем измельчении исходных материалов не обеспечивается полнота взаимодействия компонентов шихты. Более тонкое измельчение нецелесообразно, так как приводит к необоснованному увеличению энергетических затрат при подготовке компонентов.The particle size of the powdered components of the charge, ensuring a uniformly occurring SHS process and the required nanostructure parameter of the finished material, should be no more than 200 microns. With less grinding of the starting materials, the completeness of interaction of the charge components is not ensured. Finer grinding is impractical, since it leads to an unreasonable increase in energy costs in the preparation of components.
Выбранное весовое соотношение порошков фенолоформальдегидной смолы (ФФС) и просушенного нитрата никеля является оптимальным, при выходе за рамки которого один из компонентов становится избыточным и ухудшает качество готового материала. В эксперименте были выявлены заявляемые соотношения компонентов шихты, которые обеспечивают высокую степень чистоты получаемого никеля и максимальную степень пространственного разрешения структуры готового материала за счет повышения его пористости и удельной поверхности.The selected weight ratio of powders of phenol-formaldehyde resin (PFS) and dried nickel nitrate is optimal, beyond which one of the components becomes redundant and degrades the quality of the finished material. The experiment revealed the claimed ratio of the components of the charge, which provide a high degree of purity of the obtained Nickel and the maximum degree of spatial resolution of the structure of the finished material by increasing its porosity and specific surface area.
Компоненты исходной шихты тщательно перемешивают и помещают в ячейку из термостойкого материала, характеризующегося низкой теплопроводностью, при использовании которого уменьшается возможность торможения реакции СВС в пристеночном слое, приводящее к ухудшению качества готового материала.The components of the initial charge are thoroughly mixed and placed in a cell of a heat-resistant material, characterized by low thermal conductivity, which reduces the possibility of braking the SHS reaction in the wall layer, leading to a deterioration in the quality of the finished material.
Предлагаемый способ осуществляют в режиме СВС, в основе которого лежит экзотермическая реакция окисления углеродсодержащих компонентов шихты нитрогруппой при одновременном восстановлении химического соединения никеля до металлического никеля. Для этого реакционную смесь поджигают кратковременным тепловым импульсом, после чего возникший в зоне инициирования очаг реакции по законам горения (тепловыделения и теплопереноса) в виде фронта самостоятельно распространяется по шихте, при этом достигаются высокие полнота и скорость химического взаимодействия ее компонентов.The proposed method is carried out in the SHS mode, which is based on the exothermic oxidation reaction of the carbon-containing components of the charge with a nitro group while reducing the chemical compound of nickel to metallic nickel. To do this, the reaction mixture is ignited with a short-term heat pulse, after which the reaction zone that has arisen in the initiation zone according to the laws of combustion (heat release and heat transfer) in the form of a front propagates independently along the charge, and high completeness and rate of chemical interaction of its components are achieved.
В результате этого процесса выделяется большое количество газов и паров воды, обуславливающие формирование в условиях проведения СВС высокой степени пространственного разрешения структуры получаемого металла и значительно уменьшающие негативный процесс спекания микроэлементов структуры. В процессе взаимодействия компонентов шихты для поддержания стационарных условий ее горения осуществляется постоянный отвод газов из реакционного объема. В результате проведения процесса СВС получается наноструктурный никель с удельной поверхностью более 10 м2/г и пористостью до 96%, с высокой степенью пространственного разрешения структуры (фиг.1 и 2), которая представлена в виде взаимосвязанных субмикронных нитей, состоящих из слабо спеченных между собой микрочастиц металла с нанопористой структурой. Содержание примесей в получаемом никеле при оптимальных составах шихты не превышало 0,2% (окиси никеля) и 0,2% (углерода) и является приемлемым для использования в качестве фильтров, микропористых электродов для химических источников тока, составных элементов катализаторов и носителей катализаторов.As a result of this process, a large number of gases and water vapors are released, which cause the formation of a high degree of spatial resolution of the structure of the obtained metal under conditions of SHS and significantly reduce the negative sintering process of the microelements of the structure. In the process of interaction of the components of the mixture to maintain stationary conditions of its combustion, a constant removal of gases from the reaction volume is carried out. As a result of the SHS process, nanostructured nickel is obtained with a specific surface of more than 10 m 2 / g and porosity up to 96%, with a high degree of spatial resolution of the structure (Figs. 1 and 2), which is presented as interconnected submicron filaments consisting of weakly sintered between a microparticle of a metal with a nanoporous structure. The impurity content in the obtained nickel at optimal charge compositions did not exceed 0.2% (nickel oxide) and 0.2% (carbon) and is acceptable for use as filters, microporous electrodes for chemical current sources, components of catalysts and catalyst supports.
Таким образом, при использовании всех условий и материалов предлагаемого способа получения пористых никельсодержащих материалов обеспечивается весь комплекс заявленных технических более высоких показателей готового материала, а именно получение пористого наноструктурного чистого никеля с большой удельной поверхностью и высокой степенью пространственного разрешения структуры, чем это достигнуто в прототипе.Thus, using all the conditions and materials of the proposed method for producing porous nickel-containing materials, the whole complex of declared technical higher indicators of the finished material is provided, namely, obtaining porous nanostructured pure nickel with a large specific surface and a high degree of spatial resolution of the structure than was achieved in the prototype.
Возможность промышленного применения предлагаемого способа подтверждается следующими примерами его реализации.The possibility of industrial application of the proposed method is confirmed by the following examples of its implementation.
Пример 1.Example 1
Предлагаемый способ получения пористого наноструктурного никеля был опробован в лабораторных условиях.The proposed method for the production of porous nanostructured nickel was tested in laboratory conditions.
Первоначально проведена подготовка исходных материалов. При этом 6-водный кристаллогидрат нитрата никеля (хч, ч, чда - ГОСТ 4055-78) сушат в сушильном электрическом шкафу (типа СНОЛ-3,5.3,5.3,5/3М) при температуре 130°С до потери 30% массы.Initial preparation of the starting materials. At the same time, 6-water nickel nitrate crystalline hydrate (hch, h, chd - GOST 4055-78) is dried in an electric drying oven (type SNOL-3,5.3,5.3.5 / 3M) at a temperature of 130 ° C until 30% of the mass is lost.
Порошки фенолоформальдегидной смолы (резольного или новолачного типа) и высушенного нитрата никеля раздельно измельчают в барабанной мельнице до размера частиц не более 200 мкм.The powders of phenol-formaldehyde resin (rezol or novolac type) and dried nickel nitrate are separately crushed in a drum mill to a particle size of not more than 200 microns.
Компоненты шихты в соотношении 100 мас.ч. фенолоформальдегидной смолы и 400 мас.ч. нитрата никеля тщательно перемешивают в емкости и помещают в пробирку из кварцевого стекла диаметром 10 мм таким образом, чтобы пробирка была заполнена не более чем на 1/3 длины. Через открытый конец пробирки реакционную смесь поджигают кратковременным тепловым импульсом нагретой до 370-800°С электрической спирали. В точке контакта возникает фронт реакции, который распространяется по шихте со скоростью приблизительно 1 мм/с с выделением большого количества тепла и газообразных продуктов.The components of the mixture in a ratio of 100 parts by weight phenol-formaldehyde resin and 400 wt.h. Nickel nitrate is thoroughly mixed in a container and placed in a test tube of silica glass with a diameter of 10 mm so that the test tube is filled no more than 1/3 of the length. Through the open end of the tube, the reaction mixture is ignited with a short-term thermal pulse of an electric spiral heated to 370-800 ° C. At the contact point, a reaction front arises, which propagates along the charge at a speed of approximately 1 mm / s with the release of a large amount of heat and gaseous products.
Полученный твердофазный продукт представляет собой пористую «губку» серебристо-серого цвета. Анализ полученного материала показал, что он содержит 99,6% никеля (углерода 0,2%, окиси никеля 0,2%), обладает наноструктурой, имеет общую пористость 96%, его удельная поверхность составляет 10-15 м2/г. Пористый наноструктурный никель, полученный предлагаемым способом, обладает сложным волокнистым строением (фиг.1), при этом каждое отдельное волокно представляет собой цепочку из спеченных микрошариков или чешуек размером от десятков нанометров до микрона (фиг.2). Полученный никель может быть измельчен до порошка, легко уплотняемого прессованием.The resulting solid-phase product is a porous "sponge" of silver-gray color. Analysis of the obtained material showed that it contains 99.6% nickel (carbon 0.2%, nickel oxide 0.2%), has a nanostructure, has a total porosity of 96%, its specific surface area is 10-15 m 2 / g. Porous nanostructured nickel obtained by the proposed method has a complex fibrous structure (Fig. 1), each individual fiber being a chain of sintered microspheres or flakes ranging in size from tens of nanometers to microns (Fig. 2). The resulting nickel can be ground to a powder that is easily compacted by compression.
При изменении заявляемого соотношения высушенного нитрата никеля к фенолоформальдегидной смоле в получаемом никеле содержатся значительные количества примесей (окиси никеля или углерода).When the claimed ratio of dried nickel nitrate to phenol-formaldehyde resin is changed, the resulting nickel contains significant amounts of impurities (nickel oxide or carbon).
В таблице приведены составы шихты в диапазоне заявляемых соотношений компонентов, а также составы вне заявляемых пределов соотношений компонентов, которые наглядно иллюстрируют достижимость нового технического результата только в рамках предлагаемого способа.The table shows the composition of the charge in the range of the claimed ratios of the components, as well as compositions outside the claimed limits of the ratios of the components, which clearly illustrate the attainability of the new technical result only in the framework of the proposed method.
Таким образом, экспериментальная отработка предлагаемого способа показала, что его использование обеспечивает получение пористого наноструктурного чистого никеля с большой удельной поверхностью (10-15 м2/г) и высокой пористостью (92-96%), что позволяет констатировать достижение высокой степени пространственного разрешения структуры, значительно превышающей возможности прототипа.Thus, experimental testing of the proposed method showed that its use provides porous nanostructured pure nickel with a large specific surface area (10-15 m 2 / g) and high porosity (92-96%), which allows us to state the achievement of a high degree of spatial resolution of the structure significantly exceeding the capabilities of the prototype.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005135372/02A RU2320456C2 (en) | 2005-11-14 | 2005-11-14 | Method for producing porous nano-structural nickel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005135372/02A RU2320456C2 (en) | 2005-11-14 | 2005-11-14 | Method for producing porous nano-structural nickel |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005135372A RU2005135372A (en) | 2007-05-20 |
| RU2320456C2 true RU2320456C2 (en) | 2008-03-27 |
Family
ID=38163948
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005135372/02A RU2320456C2 (en) | 2005-11-14 | 2005-11-14 | Method for producing porous nano-structural nickel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2320456C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2480310C2 (en) * | 2011-02-14 | 2013-04-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method of producing open-pore nanostructured metal |
| RU2578617C2 (en) * | 2014-06-30 | 2016-03-27 | Юлия Васильевна Вихорева | Method of producing open-pore nanostructured nickel |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2009017C1 (en) * | 1991-11-06 | 1994-03-15 | Алтайский государственный университет | Charge on nickel-base for porous penetrable material producing |
| RU2017580C1 (en) * | 1990-09-29 | 1994-08-15 | Алтайский государственный технический университет | Charge for production of porous permeable material |
| JP2000054006A (en) * | 1998-08-11 | 2000-02-22 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Method for producing Ni perforated plate |
| CN1428447A (en) * | 2001-12-25 | 2003-07-09 | 中国科学院金属研究所 | Preparation process for combustion synthesis of porous nickel-titanium marmem |
| RU2210461C2 (en) * | 2001-07-05 | 2003-08-20 | Томский государственный архитектурно-строительный университет | Porous material production method |
-
2005
- 2005-11-14 RU RU2005135372/02A patent/RU2320456C2/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2017580C1 (en) * | 1990-09-29 | 1994-08-15 | Алтайский государственный технический университет | Charge for production of porous permeable material |
| RU2009017C1 (en) * | 1991-11-06 | 1994-03-15 | Алтайский государственный университет | Charge on nickel-base for porous penetrable material producing |
| JP2000054006A (en) * | 1998-08-11 | 2000-02-22 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Method for producing Ni perforated plate |
| RU2210461C2 (en) * | 2001-07-05 | 2003-08-20 | Томский государственный архитектурно-строительный университет | Porous material production method |
| CN1428447A (en) * | 2001-12-25 | 2003-07-09 | 中国科学院金属研究所 | Preparation process for combustion synthesis of porous nickel-titanium marmem |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2480310C2 (en) * | 2011-02-14 | 2013-04-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method of producing open-pore nanostructured metal |
| RU2578617C2 (en) * | 2014-06-30 | 2016-03-27 | Юлия Васильевна Вихорева | Method of producing open-pore nanostructured nickel |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005135372A (en) | 2007-05-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102475050B1 (en) | Reactive Metal Powder Air Thermal Treatment Processes | |
| CA3091111C (en) | Metal powder atomization manufacturing processes | |
| Zhang et al. | A one-step green route to synthesize copper nanocrystals and their applications in catalysis and surface enhanced Raman scattering | |
| Park et al. | Microstructure and compressive behavior of ice-templated copper foams with directional, lamellar pores | |
| EP3213815B1 (en) | Metal composite carbon material, fuel cell catalyst, fuel cell, hydrogen-occluding material, hydrogen tank, and production method for metal composite carbon material | |
| Li et al. | Nanoporous Ag–CeO 2 ribbons prepared by chemical dealloying and their electrocatalytic properties | |
| CN111465462A (en) | Method for producing TiAl intermetallic compound powder and TiAl intermetallic compound powder | |
| Zhou et al. | Preparation of microstructure controllable Al/WO3/F2603 MICs by droplet microfluidic technology to improve combustion performance | |
| JP2012046393A (en) | Powder for nanocarbon production and method for forming metal-including fullerene | |
| Gash et al. | Nanostructured energetic materials with sol-gel methods | |
| Yin et al. | Al/CuO composite coatings with nanorods structure assembled by electrophoretic deposition for enhancing energy released | |
| Jiao et al. | Effect of fluoropolymer content on thermal and combustion performance of direct writing high-solid nanothermite composite | |
| RU2320456C2 (en) | Method for producing porous nano-structural nickel | |
| Shang et al. | The effect of Fe in the rapid thermal explosion synthesis and the high-temperature corrosion behavior of porous Co-Al-Fe intermetallic | |
| Ahn et al. | Effect of metal oxide nanostructures on the explosive property of metastable intermolecular composite particles | |
| US12269041B2 (en) | Spherical composite powder | |
| CN110537275B (en) | Carbon material for catalyst carrier of solid polymer fuel cell and manufacturing method thereof | |
| Ojha et al. | Combustion characteristics of jet a-1 droplet loaded with aluminum/magnesium-decorated boron particles | |
| CN101269980B (en) | Generation method of coarse carbon nanotubes and carbon nanofibers in carbon composite refractories | |
| RU2746985C1 (en) | Method for immobilizing strontium radionuclides in ceramics | |
| CN108285127A (en) | Ammonia borine limitation in graphene oxide three-dimensional structure | |
| RU2616920C2 (en) | Method for obtaining the nanopowder of titanide hydride | |
| CN110980636A (en) | Magnesium hydride hydrogen storage composite material containing porous material and preparation method thereof | |
| RU2707455C1 (en) | Tungsten-based pseudoalloy powder and method of its production | |
| Niauzorau et al. | Casting of high surface area electrodes enabled by low-temperature welding of copper nanoporous powders and nanoparticles hybrid feedstocks |