專利名稱：：草酸鈷粉末及其用于制造具有優(yōu)良冷壓和燒結(jié)性質(zhì)的Co粉末的用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及具有特定針狀度比值(acicularityratio)、費(fèi)氏尺寸(Fishersize)和比表面積的草酸鈷粉末，它的用途，以及獲得該粉末的方法。所述草酸鹽粉末證明是獲得如下Co粉末的主要要素，所述Co粉末具有用于冷壓(coldcompaction)和燒結(jié)應(yīng)用、更具體地用于金剛石工具應(yīng)用所需的形態(tài)以及尺寸。
技術(shù)領(lǐng)域：
Co粉末形態(tài)和尺寸隨著生產(chǎn)方法的變化在EP0770693中公開。依據(jù)粉末的應(yīng)用，引入形態(tài)和尺寸的這些差異。這也示于用于磁性粒子的US3574685中，以及用于鐵粉的US6464750中，該鐵粉適合于用于加熱熱電堆用組合物。制造Co粉末的一種優(yōu)選的方法是通過熱還原草酸鈷。目前出售的是由草酸鈷獲得的得自兒個(gè)供應(yīng)商的鈷粉末，但由于粉末形態(tài)和尺寸變化大，所以冷壓和燒結(jié)性質(zhì)顯著變化，常常導(dǎo)致金剛石工具粘合劑材料質(zhì)量差。本發(fā)明的目的是提供特制的Co草酸鹽粉末，其在熱還原之后得到具有優(yōu)良冷壓和燒結(jié)性能的Co粉末。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供具有針狀形態(tài)的草酸鈷粉末，其具有320的平均針狀度比值(長度/直徑)，其特征在于所述粉末具有用費(fèi)氏亞篩級(jí)粉末粒度測定儀(FisherSubSieveSizer)測量的1.75iim的平均粒度，以及具有根據(jù)BET測量的412m2/g的比表面積。優(yōu)選地，所述草酸鹽粉末具有用費(fèi)氏亞篩級(jí)粉末粒度測定儀測量的1.72.5ym，更優(yōu)選2.02.3iim的平均粒度。此外，優(yōu)選所述粉末具有根據(jù)BET測量的710m2/g的比表面積。甚至更優(yōu)選具有0.250.30g/cm3的表觀密度的粉末。在應(yīng)用公知的熱還原步驟后，根據(jù)本發(fā)明的草酸鈷粉末提供具有用于金剛石工具應(yīng)用所需的形態(tài)和尺寸的鈷粉末。本發(fā)明還公開了前述草酸鈷粉末的制造方法，其包括下列步驟-提供含鈷的鹽酸鹽、硝酸鹽、硫酸鹽或者乙酸鹽的水溶液，-使該水溶液與含草酸根離子的溶液反應(yīng)，從而獲得包含沉淀的草酸鈷粉末的漿料，以及-分離沉淀的草酸鈷粉末，其特征在于所述水溶液的溫度等于或低于含草酸根離子的溶液的溫度，以及在于所述漿料經(jīng)受通過0.15W小時(shí)/kg的攪拌提供的特定機(jī)械能。優(yōu)選地，所述漿料經(jīng)受至少0.1W/kg的攪拌功率至少一個(gè)小時(shí)。此外，優(yōu)選所述漿料不經(jīng)受大于5W/kg的攪拌功率。在一個(gè)實(shí)施方式中，在前述方法中，所述水溶液是濃度為24molCo/1的氯化鈷溶液，所述草酸根離子溶液包含草酸的二水合物配合物，其濃度為0.21.5molH2C204*2H20/1。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述水溶液和所述含草酸根離子的溶液都具有103(TC的溫度。通常在接近環(huán)境溫度的溫度，即約2(TC下進(jìn)行沉淀。根據(jù)本發(fā)明，獲得具有所需形態(tài)和尺寸的鈷粉末的主要要素是調(diào)整草酸鈷前體的形態(tài)和尺寸。調(diào)整草酸鈷粉末的形態(tài)和尺寸的方法由下列步驟組成提供鹽酸鹽、硝酸鹽、硫酸鹽或乙酸鹽鈷鹽的水溶液；使所述溶液與草酸根離子反應(yīng)，其中所述鈷溶液的溫度等于或低于所述草酸根離子溶液的溫度，從而沉淀草酸鈷粉末。在其自身沉淀之后，草酸鈷另外經(jīng)受一系列操作攪拌、分離、洗滌、干燥和可能的篩分。沉淀之后，優(yōu)選存在具有至少1小時(shí)的攪拌時(shí)間，攪拌功率為至少0.1W/kg。所需的攪拌能量確保將片狀或連接的草酸鹽粒子破碎為細(xì)小的針狀粒子。因此草酸鈷在尺寸上變得更均勻。優(yōu)選攪拌功率應(yīng)該限于5W/kg，因?yàn)楫?dāng)針狀物過于細(xì)小時(shí)，草酸鹽沉淀物的分離變得過于困難。將獲得的沉淀物通過任何已知的液固分離操作，如通過過濾進(jìn)行分離(或離析)。然后通常將所述沉淀物例如用去離子水洗滌；例如通過噴霧干燥進(jìn)行干燥；及經(jīng)受能夠選擇所需尺寸的篩分操作。本發(fā)明還要求前面提及的草酸鈷粉末在通過熱分解和還原所述草酸鈷粉末制造如下鈷粉末中的用途的權(quán)利，所述鈷粉末具有用費(fèi)氏亞篩級(jí)粉末粒度測定儀測量的0.801.80iim，優(yōu)選1.401.55iim的平均粒度。優(yōu)選所述鈷粉末在冷壓壓力為150MPa的情況下，在磨耗試驗(yàn)中具有小于1%磨耗值(Rattlervalue)的生坯強(qiáng)度。應(yīng)該提及的是US6464750聲明了就針狀度比值和長度而言草酸鹽形狀的重要性。然而，該文獻(xiàn)不包括關(guān)于費(fèi)氏尺寸和比表面積的規(guī)格，也未教導(dǎo)獲得用于金剛石工具應(yīng)用的鈷粉末所需的草酸鹽性質(zhì)，因?yàn)槠潢P(guān)注的是制備鐵粉末。所公開的方法也未提及混合在一起的溶液的溫度以及干燥之前攪拌能量的量的重要性。根據(jù)本發(fā)明的草酸鹽粉末在還原之后能夠得到細(xì)長形態(tài)的鈷粉末，該鈷粉末具有用于金剛石工具應(yīng)用所需的性質(zhì)。具有更加似片狀形態(tài)的草酸鹽前體給出較不適合于這些燒結(jié)應(yīng)用的鈷粉末。由具有以上給出規(guī)格的草酸鈷制成的鈷粉末在金剛石工具應(yīng)用中表現(xiàn)更好的原因尚未完全知曉。據(jù)信所述鈷粒子在熱壓期間特定的晶粒生長性能導(dǎo)致了金剛石保持和易切削性能的更好組合，已知對(duì)于金剛石工具性能必要的特征。用已知的熱還原步驟，通過在450°C65(TC的溫度下用氣態(tài)氫處理，完成草酸鈷向鈷粉末的轉(zhuǎn)變。對(duì)于該還原處理的溫度和時(shí)間的選擇取決于所需的鈷粉末粒度。在還原步驟過程中參數(shù)的變化不會(huì)影響所獲得的Co粉末的其它特征，因此所述其它特征直接取決于草酸鈷的粉末特征。具體實(shí)施例方式通過下列實(shí)施例說明本發(fā)明。實(shí)施例1:粉末合成la)草酸鈷粉末的合成將1升含180g/lCo或3mol/lCo的CoCl2溶液加入到6升含65g/l或0.5mol/1的H2C2042H20的在去離子H20中的草酸溶液中。兩種溶液都為20°C，并在室溫下進(jìn)行沉淀。在9.4升容器中，利用以每分鐘1000轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)的螺旋帶攪拌機(jī)，將沉淀物攪拌90分鐘，給定的攪拌功率為0.29瓦/kg。比攪拌能量是0.45W'小時(shí)/kg。過濾之后，將沉淀物用去4離子水洗滌并干燥。由此獲得的草酸鹽(用樣品A表示)的物理性質(zhì)示于表1中。表1:所獲得的草酸鈷的物理性質(zhì)樣品A表觀密度振實(shí)密度0.27g/cm30.50g/cm3費(fèi)氏sss2.1lim比表面積，BET8.2m2/gdlO，激光衍射0.7umd50，激光衍射2.2踐d90，激光衍射7.5md99，激光衍射20.Oilmlb)鈷粉末的合成將草酸鈷(得自la)在50(TC下于H210/N290氣氛中經(jīng)歷還原10小時(shí)。所得到的鈷粉末的物理性質(zhì)示于表2中。表2:得自樣品A的鈷粉末的物理性質(zhì)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>lc)所獲得的Co粉末的冷壓性能在磨耗試驗(yàn)中，將在不同的壓實(shí)壓力下壓縮的高度10mm和直徑10mm的生坯件放入由lmm2的細(xì)絲網(wǎng)制成的旋轉(zhuǎn)筒內(nèi)。12分鐘內(nèi)的1200次旋轉(zhuǎn)之后，測定相對(duì)重量損失，或者"磨耗值"。兩種不同冷壓壓力的結(jié)果示于表3中。較低的磨耗值表示較高的生坯強(qiáng)度。小于20%的磨耗值表示良好的壓實(shí)性能，而低于10%的磨耗值表示非常好的壓實(shí)性能。因?yàn)樗@得的磨耗值低于1%，所以獲得極好的冷壓性質(zhì)。表3:所獲得的Co粉末的磨耗值<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>Id)所獲得的Co粉末的燒結(jié)性能在石墨模具中，在35MPa壓力下，于650、700、800、850或者95(TC下燒結(jié)Co粉末3分鐘。測量所有燒結(jié)片的密度和維氏硬度。結(jié)果在下表4中給出，并且表明在燒結(jié)之后獲得了良好的機(jī)械性質(zhì)。表4:燒結(jié)后的Co粉末的機(jī)械性質(zhì)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實(shí)施例2:起始溶液溫鹿的影響根據(jù)實(shí)施例1處理草酸鈷，但是如表5所示改變待混合溶液的溫度。由在沉降過程中20g沉淀的草酸鹽所占據(jù)的體積判斷粒度和形態(tài)。這在10分鐘后和25分鐘后作記錄。如果沉降較快(草酸鹽占據(jù)較小的體積)，則認(rèn)為粉末較粗糙。這通過顯微分析得到證實(shí)。發(fā)現(xiàn)當(dāng)CoCl2溶液的溫度等于或低于草酸溶液的溫度時(shí)，形成最細(xì)小的草酸鹽針狀物。表5:溶液溫度改變的草酸鹽沉淀<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>根據(jù)實(shí)施例1處理草酸鈷，但是沉淀之后的攪拌功率限于0.29W/kg，進(jìn)行10分鐘，對(duì)應(yīng)的比攪拌能量僅為0.05W*小時(shí)/kg。實(shí)施例3中制得的草酸鈷，樣品C的形態(tài)示于圖3中。草酸鹽針狀物仍然牢固地連接，偶然看上去更像片狀，其在還原后沒有給出所需的鈷粉末形狀。通過費(fèi)氏測定的平均粒徑是6.46.9iim。圖！樣品A的掃描電子顯微鏡圖像，其顯示了具有根據(jù)本發(fā)明的形態(tài)和尺寸的草酸鈷粉末。圖2:樣品B的掃描電子顯微鏡圖像，其顯示了具有本發(fā)明權(quán)利要求之外的形態(tài)和尺寸的草酸鈷粉末。圖3:樣品C的掃描電子顯微鏡圖像，其顯示了具有本發(fā)明權(quán)利要求之外的形態(tài)和尺寸的草酸鈷粉末。權(quán)利要求一種具有針狀形態(tài)的草酸鈷粉末，其具有3～20的平均針狀度比值，其特征在于所述粉末具有用費(fèi)氏亞篩級(jí)粉末粒度測定儀測量的1.7～5μm的平均粒度，以及具有根據(jù)BET測量的4～12m2/g的比表面積。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的草酸鈷粉末，其特征在于所述粉末具有用費(fèi)氏亞篩級(jí)粉末粒度測定儀測量的1.72.5iim，優(yōu)選2.02.3iim的平均粒度。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的草酸鈷粉末，其特征在于所述粉末具有根據(jù)BET測量的710m7g的比表面積。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的草酸鈷粉末，其特征在于所述粉末具有O.250.30g/cm3的表觀密度。5.制造根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的草酸鈷粉末的方法，其包括下列步驟_提供含鈷的鹽酸鹽、硝酸鹽、硫酸鹽或者乙酸鹽的水溶液，_使所述水溶液與含草酸根離子的溶液反應(yīng)，從而獲得包含沉淀的草酸鈷粉末的漿料，以及_分離所述沉淀的草酸鈷粉末，其特征在于所述水溶液的溫度等于或低于所述含草酸根離子的溶液的溫度，以及在于所述漿料經(jīng)受0.15W小時(shí)/kg的比攪拌能量。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述漿料經(jīng)受至少0.1W/kg的攪拌功率。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述漿料經(jīng)受小于5W/kg的攪拌功率。8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述水溶液是濃度為24molCo/1的氯化鈷溶液，和所述草酸根離子溶液包含草酸的二水合物配合物，其濃度為0.21.5molH2C2042H20/1。9.根據(jù)權(quán)利要求5至8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述水溶液和所述含草酸根離子的溶液都具有103(TC的溫度。10.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的草酸鈷粉末在制造如下鈷粉末中的用途，所述鈷粉末具有用費(fèi)氏亞篩級(jí)粉末粒度測定儀測量的0.801.80iim，優(yōu)選1.401.55iim的平均粒度，所述鈷粉末是通過熱分解和還原所述草酸鈷粉末制造的。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的用途，其中所述鈷粉末在冷壓壓力為150MPa的情況下，在磨耗試驗(yàn)中具有小于1%磨耗值的生坯強(qiáng)度。全文摘要本發(fā)明提供草酸鈷粉末及其用于制造具有優(yōu)良冷壓和燒結(jié)性質(zhì)的Co粉末的用途，具體地，本發(fā)明提供平均針狀度比值(長度/直徑)為3～20的針狀形態(tài)的草酸鈷粉末，其特征在于所述粉末具有用費(fèi)氏亞篩級(jí)粉末粒度測定儀測量的1.7～5μm的平均粒度，以及根據(jù)BET測量的4～12的比表面積，所述草酸鈷粉末通過如下方式獲得從鈷溶液和草酸根離子源沉淀，其中所述鈷溶液的溫度等于或低于所述草酸根離子溶液的溫度，隨后用至少0.1W/kg的能量攪拌至少1小時(shí)。通過草酸鈷的熱還原獲得的Co粉末具有形成高性能金剛石工具的優(yōu)良冷壓和燒結(jié)性能。文檔編號(hào)C07C51/41GK101781186SQ20091012616公開日2010年7月21日申請(qǐng)日期2009年3月5日優(yōu)先權(quán)日2009年1月21日發(fā)明者安佳·瑟爾納爾斯申請(qǐng)人:尤米科爾公司