專利名稱：一種納米WS₂/MoS₂顆粒的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一種納米WS2/MoS2顆粒的制備方法，屬于粉體材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
WS2和MoS2都為過(guò)渡金屬二硫?qū)倩衔?，其晶體結(jié)構(gòu)符合2H型的結(jié)構(gòu)(“H”代表 六方晶系，“2”指的是一個(gè)組合單元中夾心層的數(shù)目)，片層狀結(jié)構(gòu)的WS2和MoS2顆粒因?qū)?與層之 間極易發(fā)生滑移而表現(xiàn)出優(yōu)良的潤(rùn)滑性能。WS2最初由美國(guó)在1962年至1971年間用于水手號(hào)太空船關(guān)鍵部位的潤(rùn)滑，獲得 極佳的效果，其后開始在工業(yè)領(lǐng)域中得到應(yīng)用，但僅限于航天、航空工業(yè)和國(guó)防工業(yè)，直至 1984年美國(guó)MSC公司將WS2潤(rùn)滑技術(shù)引入到一般工業(yè)潤(rùn)滑領(lǐng)域中，WS2才以其優(yōu)異的潤(rùn)滑 特性迅速被推廣開。MoS2因其容易制取而較早的被廣泛用于一般潤(rùn)滑領(lǐng)域。近年來(lái)，國(guó)內(nèi) 外科研人員將WS2或MoS2顆粒應(yīng)用到潤(rùn)滑油中開發(fā)出系列WS2或MoS2潤(rùn)滑油，但作為非油 溶性顆粒，普通的微米級(jí)132或臨32顆粒在潤(rùn)滑油中的分散穩(wěn)定性較差，易產(chǎn)生沉淀而堵塞 油路，不能滿足在機(jī)器(如發(fā)動(dòng)機(jī))中長(zhǎng)期使用的要求。因此，研究制備粒度更小的納米級(jí) WS2或MoS2顆粒對(duì)過(guò)渡金屬二硫?qū)倩衔镱惞腆w潤(rùn)滑顆粒的廣泛應(yīng)用具有重要的意義。MoS2可由天然二硫化鉬礦石(輝鉬礦)經(jīng)浮游選礦法制得，WS2因其天然礦石極 其罕見(jiàn)而只能通過(guò)合成方法制取。然而目前納米WS2或MoS2顆粒的制備主要采用的都是化 學(xué)合成法專利CN200810017530. 1介紹了一種具有富勒烯結(jié)構(gòu)的納米WS2的制備方法，其 制備過(guò)程中首先通過(guò)酸化鎢酸鈉或通過(guò)鎢酸鈉進(jìn)行陽(yáng)離子交換，獲得鎢酸溶膠，在鎢酸溶 膠中添加有機(jī)分散劑，在還原爐中采用氫氣還原獲得納米W03_x，然后將納米W03_x與單質(zhì)硫 混合后在密閉的金屬容器中進(jìn)行自加壓反應(yīng)，從而獲得具有富勒烯結(jié)構(gòu)納米WS2顆粒；專利 CN200610047619. 3采用“超聲-化學(xué)沉淀”法制備出納米MoO3或WO3納米顆粒，并對(duì)其進(jìn)行 S的表面包覆，然后在一定條件下發(fā)生硫化反應(yīng)，從而獲得空心籠狀結(jié)構(gòu)納米MoS2或WS2顆 粒。這類方法都存在著工藝復(fù)雜、操作精細(xì)、成本昂貴等缺點(diǎn)，只能實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)少量樣品 制備，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足而提供一種工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品 成本低，工業(yè)化制備納米級(jí)WS2或MoS2顆粒的制備方法。本發(fā)明提供一種納米WS2/MOS2顆粒的制備方法，包括以下步驟第一步超聲球磨將球磨介質(zhì)、微米級(jí)132或臨32顆粒、去離子水按質(zhì)量比為(10 15) 1 (3 6)混合，在超聲波作用下球磨；第二步冷凍干燥將第一步所得粉漿真空冷凍干燥，即制備出納米級(jí)WS2或MoS2顆粒。本發(fā)明中，所述微米級(jí)WS2或MoS2顆粒平均粒度> ΙΟμπι。
本發(fā)明中，所述球磨介質(zhì)為Φ 0.8mm Φ 3mm氧化鋯磨球。本發(fā)明中，所述球磨采用棒式攪拌球磨機(jī)。本發(fā)明中，所述球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為200r/min 350r/min，球磨時(shí)間為5h 10h。本發(fā)明中，所述超聲波功率為4000W 9600W，頻率為20kHz。本發(fā)明中，所述冷凍干燥溫度為_40°C _50°C，真空度為9Pa 35Pa。本發(fā)明采用上述工藝方法，其機(jī)理及優(yōu)點(diǎn)簡(jiǎn)述于下1)WS2或MoS2顆粒受到磨球之間的相互沖擊、碰撞產(chǎn)生的沖擊力、磨球旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 中產(chǎn)生的摩擦力和剪切力、各層磨球速度差形成的剪切力等作用下產(chǎn)生變形、斷裂直至粉 碎；2)在強(qiáng)超聲波交變聲壓的作用下，附著于WS2或MoS2顆粒內(nèi)部微裂紋處和固液 界面處的微氣泡發(fā)生空化而做周期性地膨脹和壓縮，當(dāng)超聲波頻率低于空化氣泡諧振頻率 時(shí)，氣泡膨脹到相當(dāng)大時(shí)將迅速閉合而潰陷，產(chǎn)生局部高溫高壓，形成高強(qiáng)沖擊波或微射 流，從而對(duì)WS2顆粒產(chǎn)生顯著的沖擊粉碎作用；3)棒式攪拌球磨在細(xì)化WS2或MoS2顆粒的同時(shí)驅(qū)動(dòng)WS2或MoS2粉漿在強(qiáng)超聲能 量場(chǎng)中循環(huán)流動(dòng)，這樣既使132或臨32顆粒均勻地受到強(qiáng)超聲波的粉碎作用，又帶入了一定 量的空氣泡進(jìn)入WS2或臨32粉漿，使得強(qiáng)超聲波的空化作用能長(zhǎng)期且有效地發(fā)生，從而極大 地提高了細(xì)化效果；4)棒式攪拌球磨和強(qiáng)超聲波的結(jié)合增加了強(qiáng)超聲波空化作用產(chǎn)生的沖擊波或微 射流帶動(dòng)WS2或MoS2顆粒就近對(duì)磨球的沖擊碰撞作用，從而提高了對(duì)WS2或MoS2顆粒的沖 擊粉碎效率；5)強(qiáng)超聲波作用下液體中空化氣泡潰陷時(shí)產(chǎn)生的局部高溫(4000°C以上)和高壓(近IOOOatm)能使得進(jìn)入空化氣泡中的水蒸氣發(fā)生分解，從而生成大量的· OH自由基，這 些自由基會(huì)大量吸附在WS2或臨&顆粒新形成的裂紋中，有效阻止了裂紋的愈合，并有助于 裂紋的擴(kuò)展，對(duì)WS2或MoS2顆粒的細(xì)化起到了一定的促進(jìn)作用；6)采用冷凍干燥法干燥粉漿獲得納米級(jí)WS2或MoS2顆粒解決了干燥過(guò)程中納米 顆粒因團(tuán)聚而變粗的現(xiàn)象。綜上所述，本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品成本低，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化制備納米級(jí) WS2或MoS2顆粒；適應(yīng)于具有層狀結(jié)構(gòu)的非金屬粉末的超細(xì)化制備。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的納米WS2粉末的微觀照片。圖2為本發(fā)明實(shí)施例2制備的納米MoS2粉末的微觀照片。圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備的納米MoS2粉末的微觀照片。
具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例旨在進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，這將有助于對(duì)本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)的進(jìn)一步理 解，這些實(shí)例不作為對(duì)本發(fā)明的限定，本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求書來(lái)決定。實(shí)施例1 取5kgWS2粗粉、50kg氧化鋯磨球、25kg去離子水放入棒式球磨機(jī)，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速200r/min，磨球直徑0. 8mm,采用8個(gè)功率為1200W的超聲波發(fā)生器施加超聲波、頻率 20kHz，復(fù)合濕法粉碎6小時(shí)，然后取出粉漿，在溫度為_45°C、真空度為20Pa的冷凍干燥機(jī) 中干燥，得成品。經(jīng)激光衍射粒度儀分析得顆粒粒度為d10 = 15nmd50 = 90nm d90 = 260nm平均粒度=95nm顆粒的掃描電鏡照片見(jiàn)附圖1。實(shí)施例2 取4kg MoS2粗粉、50kg氧化鋯磨球、24kg去離子水放入棒式球磨機(jī)，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速 300r/min，磨球直徑1. 8mm，采用8個(gè)功率為800W的超聲波發(fā)生器施加超聲波、頻率20kHz， 復(fù)合濕法粉碎5小時(shí)，然后取出粉漿，在溫度為-50°C、真空度為35Pa的冷凍干燥機(jī)中干燥，
得成品。經(jīng)激光衍射粒度儀分析得顆粒粒度為d10 = 20nm ；d50 = 95nm ；d90 = 280nm ；平均粒度=lOOnm。顆粒的掃描電鏡照片見(jiàn)附圖2。實(shí)施例3取5kg MoS2粗粉、50kg氧化鋯磨球、15kg去離子水放入棒式球磨機(jī)，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速 350r/min，磨球直徑3mm，采用8個(gè)功率為500W的超聲波發(fā)生器施加超聲波、頻率20kHz，復(fù) 合濕法粉碎10小時(shí)，然后取出粉漿，在溫度為-40°C、真空度為9Pa的冷凍干燥機(jī)中干燥，得 成品。經(jīng)激光衍射粒度儀分析得顆粒粒度為d10 = 35nm ；d50 = IOOnm ；d90 = 320nm ；平均粒度=120nm。顆粒的掃描電鏡照片見(jiàn)附圖3。
權(quán)利要求
一種納米WS2/MoS2顆粒的制備方法，包括以下步驟第一步超聲球磨將球磨介質(zhì)、微米級(jí)WS2或MoS2顆粒、去離子水按質(zhì)量比為(10～15)∶1∶(3～6)混合，在超聲波作用下球磨；第二步冷凍干燥將第一步所得粉漿真空冷凍干燥，即制備出納米級(jí)WS2或MoS2顆粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米WS2/MoS2顆粒的制備方法，其特征在于所述微米 級(jí)WS2或MoS2顆粒平均粒度> 10 u m。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種納米WS2/MOS2顆粒的制備方法，其特征在于所述球磨 介質(zhì)為小0.8mm 小3mm氧化鋯磨球。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種納米WS2/MOS2顆粒的制備方法，其特征在于所述球磨 采用棒式攪拌球磨機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種納米WS2/MoS2顆粒的制備方法，其特征在于所述球磨 機(jī)轉(zhuǎn)速為200r/min 350r/min，球磨時(shí)間為5h 10h。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種納米WS2/MoS2顆粒的制備方法，其特征在于所述超聲 波功率為4000W 9600W，頻率為20kHz。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種納米WS2/MoS2顆粒的制備方法，其特征在于所述冷凍 干燥溫度為_40°C _50°C，真空度為9Pa 35Pa。
全文摘要
一種納米WS2/MoS2顆粒的制備方法，包括以下步驟1、超聲球磨將球磨介質(zhì)、微米級(jí)WS2或MoS2顆粒、去離子水按質(zhì)量比為(10～15)∶1∶(3～6)混合，在超聲波作用下球磨；2、冷凍干燥將超聲球磨所得粉漿真空冷凍干燥，即制備出納米級(jí)WS2或MoS2顆粒。本發(fā)明制備出的納米級(jí)WS2或MoS2顆粒具有片層狀結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)、寬尺寸為80nm～500nm，厚度尺寸為20nm～60nm，平均粒度為70nm～120nm。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品成本低，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化制備納米級(jí)WS2或MoS2顆粒；適應(yīng)于具有層狀結(jié)構(gòu)的非金屬粉末的超細(xì)化制備。
文檔編號(hào)B82B3/00GK101857274SQ201010200269
公開日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月13日
發(fā)明者李登伶, 毛向輝, 毛大恒, 毛艷, 石琛 申請(qǐng)人:中南大學(xué)