一種分步水熱法制備水合氧化鋁包覆氧化鎢粉的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到水熱法制備包覆粉領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種分步水熱法制備水合氧化鋁包覆氧化鎢粉的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高強(qiáng)、高韌、高硬、輕質(zhì)、耐高溫、耐腐蝕磨損是高性能結(jié)構(gòu)材料的主要發(fā)展方向。鎢以其優(yōu)異的耐高溫，高強(qiáng)度硬度等特性在許多領(lǐng)域都是不可替代的關(guān)鍵材料，尤其在國(guó)防軍工、航空航天領(lǐng)域中更有其特殊的地位。和純鎢相比，形成的氧化鋁包覆鎢及鎢合金能極大的增加鎢的強(qiáng)度，細(xì)化晶粒，減少顆粒粒徑，增加材料韌性及抗拉強(qiáng)度等力學(xué)性能。制備氧化鋁包覆鎢粉的一種重要步驟為需生成水合氧化鋁均勻包覆氧化鎢粉前驅(qū)體。目前制備水合氧化鋁包覆氧化鎢粉的方法主要有混合水熱法和共沸蒸餾法。但這些方法都存在一些問(wèn)題。其中混合水熱法指將原材料同時(shí)放入一個(gè)水熱釜中進(jìn)行反應(yīng)，其問(wèn)題在于不能達(dá)到完全反應(yīng)，也不能使第二相顆粒均勻附著在基體表面，并且很難形成納米級(jí)別的水合氧化鋁均勻包覆氧化鎢粉復(fù)合材料。另外一種共沸蒸餾法在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中易摻入雜質(zhì)，這些問(wèn)題的存在影響了氧化鋁包覆鎢合金復(fù)合材料在工業(yè)的中應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決現(xiàn)有技術(shù)中混合水熱法很難達(dá)到完全反應(yīng)、也很難形成納米級(jí)別的水合氧化鋁均勻包覆氧化鎢粉復(fù)合材料的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種分步水熱法制備水合氧化鋁包覆氧化鎢粉的方法，通過(guò)該方法能夠使制得的粉末分散性好，晶粒粒徑較小可以達(dá)到納米級(jí)。
[0004]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為:一種分步水熱法制備水合氧化鋁包覆氧化鎢粉的方法，分別利用水熱法制備WO3懸濁液和含有AlO(OH)膠體粒子的水合氧化鋁溶液，待兩者冷卻后將兩者混合，攪拌均勻后靜置得到沉淀物，再將沉淀物真空抽濾并清洗后烘干即得到水合氧化鋁包覆氧化鎢粉。
[0005]所述水熱法制備WO3懸濁液的操作如下:選取(NH4)6H2W12O4Q和HNO3采用水熱法進(jìn)行水熱反應(yīng)，水熱反應(yīng)條件為:溫度為180°C，時(shí)間10-15h，且在升溫階段，升溫速度為5-10°C/
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[0006]所述水熱法制備含有AlO(OH)膠體粒子的水合氧化鋁溶液的操作如下:選取Al(NO3)3和⑶(NH2)2采用水熱法進(jìn)行水熱反應(yīng)，水熱反應(yīng)條件為:溫度為180°C，時(shí)間10-15h，且在升溫階段，升溫速度為5-10°C/min。
[0007]所述攪拌均勻后靜置得到沉淀物的操作為:攪拌均勻后的混合液靜置后撇去上層清液，然后向其中加入蒸餾水清洗攪拌后繼續(xù)靜置，如此反復(fù)靜置3-5次，每次靜置的時(shí)間為3-5h。
[0008]所述沉淀物真空抽濾并清洗后烘干的操作為:將得到的沉淀物進(jìn)行多次真空抽濾，前3-5次米用蒸飽水清洗抽濾，后2_3次米用乙醇清洗抽濾。
[0009]所述水合氧化鋁中AlO(OH)膠體粒子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為AlO(OH)膠體粒子和WO3總質(zhì)量的0.5-10%ο
[0010]在實(shí)施時(shí)，本發(fā)明的主要制備步驟和發(fā)生的反應(yīng)如下:
1)分別按目標(biāo)包覆粉末中水合氧化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱取原始粉末偏鎢酸銨[(NH4)6H2W12O4Q]和硝酸鋁[Al (NO3)3]，其中偏媽酸錢為白色結(jié)晶粉末，硝酸鋁為九水硝酸鋁白色結(jié)晶體。純度為99.9%，分析純；
2)將步驟I)中的(NH4)6H2W12O4Q和HNO3采用水熱法在高壓水熱釜中進(jìn)行水熱反應(yīng)，水熱反應(yīng)后生成WO3和NH4NO3混合溶液，溶液中含有WO3懸濁顆粒，將生成的WO3和NH4NO3混合溶液冷卻到室溫后倒入燒杯中；
3)將步驟I)中Al(NO3)3和CO(NH2)2采用水熱法在高壓水熱釜中反應(yīng)，最終生成水合氧化鋁[AlO(OH)]和NH4NO3混合溶液，其中AlO(OH)為膠體粒子，將生成的AlO(OH)和NH4NO3混合溶液冷卻，待水熱釜冷卻至室溫后將混合溶液攪拌均勻后緩慢倒入步驟2)中已放入WO3和NH4NO3混合溶液的燒杯中；
4)將步驟3)燒杯中的TO3、A10(0H)和NH4NO3混合溶液攪拌，混合攪拌過(guò)程中WO3懸濁顆粒和AlO(OH)膠體粒子會(huì)通過(guò)靜電作用產(chǎn)生吸附，AlO(OH)和WO3之間通過(guò)范德瓦耳斯力結(jié)合，將混合后的溶液靜置，靜置過(guò)程中生成AlO(OH)包覆WO3顆粒會(huì)沉淀于燒杯的底層，靜置后將上層清液緩慢倒掉，用蒸餾水清洗攪拌后繼續(xù)靜置，如此反復(fù)3-5次，如此反復(fù)用蒸餾水清洗靜置的目的是將反應(yīng)生成的NH4NO3去除；
5)將步驟4)靜置得到的沉淀物進(jìn)行真空抽濾，抽濾為多次抽濾，首次抽濾后將蒸餾水緩慢加入到濾斗中沉淀物上方再次進(jìn)行抽濾，蒸餾水清洗抽濾3~5次，其目的在于除去殘留的NH4NO3，蒸餾水清洗后再用乙醇繼續(xù)清洗抽濾2~3次，其目的在于分散顆粒;抽濾得到的粉末為AlO(OH)包覆與WO3表層形成的包覆粉末，將抽濾得到的粉末進(jìn)行干燥，干燥的目的是為了除去抽濾過(guò)程中殘留的水分和乙醇。
[0011]其中，步驟I)中還需取過(guò)量的稀硝酸溶液，硝酸溶液的PH小于2，硝酸溶液為稀釋溶液，其目的在于能電離出氫離子和硝酸根離子，實(shí)際操作中往往取過(guò)量的尿素和蒸餾水；
步驟2)中水熱反應(yīng)條件為:溫度為180°C，時(shí)間10-15h。在升溫階段，升溫速度為5-10°C/min，反應(yīng)生成的混合溶液中含有WO3懸濁顆粒，冷卻時(shí)將水熱釜從爐子中取出放于室溫下冷卻，冷卻方式為空冷，待水熱釜冷卻至室溫后將水熱釜中混合溶液取出倒入潔凈燒杯中備用;水熱反應(yīng)公式如下:
(NH4) 6H2ffi204o+6HN03=12ff03+6NH4N03+4H20
步驟3)中水熱反應(yīng)條件為:溫度180°C，時(shí)間10-15h，在升溫階段，升溫速度為5-10°C/min，反應(yīng)生成的混合溶液中AlO(OH)為膠體粒子，冷卻時(shí)將水熱釜從爐中取出放于室溫下以空冷方式冷卻，冷卻至室溫后將AlO(OH)和NH4NO3混合溶液緩慢倒入WO3和NH4NO3混合溶液中；其中Al (NO3)3和CO(NH2)2的水熱反應(yīng)的反應(yīng)方程式為:
2A1 (NO3)3.9H20+3C0(NH2)2=2A10(OH) +3CO2+6NH4NO3+2H2O
步驟4)中攪拌時(shí)的攪拌速度為200r/min，攪拌時(shí)間為2h，每次靜置時(shí)間為3_5h;
步驟5)中抽濾為真空抽濾，抽濾時(shí)間為2-3h/L，然后用蒸餾水清洗3~5次，再用乙醇繼續(xù)清洗2?3次;干燥溫度為80°C，干燥時(shí)間為10h，抽濾得到的粉末為AlO(OH)包覆WO3表層形成的包覆粉末。
[0012]有益效果:本發(fā)明通過(guò)分步水熱法制備水合氧化鋁包覆氧化鎢粉末，水合氧化鋁和氧化鎢通過(guò)范德瓦耳斯力結(jié)合，因?yàn)樗涎趸X為膠體，膠體和同性膠體之間存在斥力故能夠?qū)㈩w粒之間分散，同時(shí)，水合氧化鋁能均勻地包覆于氧化鎢表面，阻礙了氧化鎢的沉積，抑制氧化鎢晶粒的長(zhǎng)大，起到了細(xì)化晶粒的作用，故用分步水熱法制備的粉末分散性好，晶粒粒徑較小為納米級(jí)粉末。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為實(shí)施例1中偏鎢酸銨和硝酸水熱反應(yīng)后粉末的X射線衍射圖譜；
圖2為實(shí)施例4中硝酸鋁和尿素水熱反應(yīng)后粉末的X射線衍射圖譜；
圖3為實(shí)施例2中混合干燥后粉末的SEM電鏡圖像；
圖4為實(shí)施例3中混合干燥后粉末的TEM電鏡圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的闡述和說(shuō)明，以下各實(shí)施例中所用到的反應(yīng)物質(zhì)均為本領(lǐng)域常規(guī)選擇，稀硝酸的PH小于2。
[0015]實(shí)施例1
(1)按目標(biāo)包覆粉末中水合氧化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%，分別稱量30.3g (NH4)6H2Wi2O40，
0.75gAl(NO3)3.9H20，40ml稀HN03，0.18g CO(NH2)2,蒸餾水40ml。將(NH4)6H2Wi2O40和HNO3加入水熱釜進(jìn)行水熱反應(yīng)，水熱反應(yīng)的溫度180°C，時(shí)間1h，反應(yīng)生成WO3和NH4NO3混合溶液，將混合溶液冷卻至室溫；
(2)將Al(NO3)3XO(NH2)2和蒸餾水放入另外一個(gè)水熱釜進(jìn)行，水熱反應(yīng)的溫度為1800C，時(shí)間為I Oh，反應(yīng)生成AlO (0H)和NH4NO3混合溶液，將混合溶液冷卻至室溫；
(3)將WO3和NH4NO3的混合溶液與AlO(0H)和NH4NO3的混合溶液依次倒入純凈燒杯中混合攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速為200r/min，時(shí)間為2h，然后將混合溶液靜置沉淀5h，再用蒸餾水清洗、靜置沉淀3次，且每次靜置的時(shí)間均為5h;
(4)將靜置后的溶液抽濾，清洗