專利名稱：一種用NiAl-Re共晶制備的Re金屬絲及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及Re金屬納米絲的制備方法。
背景技術(shù)：
納米金屬絲具有化學(xué)敏感性、場(chǎng)發(fā)射效能、超強(qiáng)的記憶功能等特性，可以用來(lái)制備微傳感器、場(chǎng)發(fā)射電極、磁記憶系統(tǒng)材料等等。制造納米結(jié)構(gòu)纖維的傳統(tǒng)方法是使用平板技術(shù)，不過(guò)通過(guò)該工藝得到的纖維的性能不是很好。目前，金屬納米絲的制造主要是通過(guò)模板定向合成，包括金屬的化學(xué)沉積或電化學(xué)沉積。例如直徑為30nm的M納米絲陣列可以通過(guò)在氧化鋁薄膜上的電沉積得到。文獻(xiàn)“W. Kautek，S. Reetz, S. Pentzien. Template electrodeposition of nanowire arrays on gold foils fabricated bypulsed-laser deposition [J] · Electrochim. Acta, 1995，40 1461. ” 公開(kāi)了一種制備金納米絲的方法，金納米絲可通過(guò)脈沖激光沉積在聚碳酸酯模板上生產(chǎn)出來(lái)，將碳酸鹽模版腐蝕后得到的納米絲陣列具有高的長(zhǎng)徑比，所得到的金絲的直徑大約在IOOnm到600nm之間。中國(guó)專利號(hào) 200410014394. 2的專利公開(kāi)了一種納米單晶銻絲/三氧化二鋁有序介孔復(fù)合體及制備方法，該方法用陽(yáng)極氧化法、金屬氯化物去除法和磷酸開(kāi)孔法得到三氧化二鋁有序介孔雙通模板，特別是先將模板的一面覆上導(dǎo)電體，再將模板在7 25°C下置于由三氯化銻、檸檬酸和檸檬酸鉀配制成的沉積液中，再以導(dǎo)電體為陰極、沉積液中的石墨片為陽(yáng)極，通以脈沖電流而制得復(fù)合體，復(fù)合體中單晶銻納米絲的直徑為10 60nm，絲長(zhǎng)為Inm 120 μ m。但是， 模板電沉積方法的主要缺點(diǎn)是存在由于邊緣反應(yīng)而產(chǎn)生的雜質(zhì)；另一個(gè)缺點(diǎn)就是在去除模板的過(guò)程中會(huì)對(duì)納米結(jié)構(gòu)材料造成明顯的危害。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的由于邊緣反應(yīng)而產(chǎn)生的雜質(zhì)和在去除模板的過(guò)程中會(huì)對(duì)納米結(jié)構(gòu)材料造成明顯的危害的不足，本發(fā)明提出了一種通過(guò)MAl-Re共晶合金定向凝固制備Re金屬納米絲的方法。本發(fā)明是用高純的Ni、Al和Re粒配制而成；NiAl-Re共晶合金中Ni Al的原子百分比為1 1，Re相在NiAl-Re共晶合金中所占的原子百分比為0.01 0.08。所述的 Ni、Al和Re粒純度均為99. 99 %。本發(fā)明還提出了一種制備Re金屬絲的方法，包括以下步驟步驟一，制備NiAl-Re共晶合金鑄錠將高純的Ni、Al和Re粒按比例配料；將配好的原料裝入銅坩堝中置于爐內(nèi)，將熔煉爐抽真空至真空度低于2X KT4Pa并保持，將配好的原料在爐內(nèi)熔煉成溶液并隨爐冷卻池，得到NiAl-Re共晶合金鑄錠。步驟二，共晶合金的定向凝固將共晶合金鑄錠中切割成試樣棒，對(duì)得到的試樣棒進(jìn)行打磨后置于丙酮溶液中進(jìn)行超聲波清洗；將試樣裝入剛玉管中并放入定向凝固爐，并對(duì)定向凝固爐抽真空至真空度低于2X 10_4Pa，然后充入氬氣；對(duì)定向凝固爐加熱，加熱功率以150W/min速率增加，直至定向凝固爐的溫度升至1700°C；保溫20min后進(jìn)行定向凝固；定向凝固中定向凝固爐的溫度為1690 1710°C ；定向凝固溫度梯度為300KCHT1，抽拉速率為3ym/s 50ym/s ；完成定向凝固的試樣浸入液態(tài)金屬中淬火；停止加熱使試樣在爐內(nèi)冷卻1. 5 池，冷卻后即可得到定向凝固的NiAl-Re試樣。步驟三，制備Re金屬絲用濃度為6. 4% HCl和6% H2O2以體積比1 1配制成腐蝕液，對(duì)定向凝固后得到的試樣進(jìn)行選擇性腐蝕，腐蝕時(shí)間為Ih 證，使MAl基體溶解而纖維相保持不變；將腐蝕后的試樣置于蒸餾水中浸泡lOmin，取出晾干后得到Re纖維。本發(fā)明提出了一種基于復(fù)相共晶定向凝固的技術(shù)，同時(shí)結(jié)合選擇性腐蝕來(lái)制備金屬納米絲的方法。使用共晶合金的定向凝固方法得到整齊的纖維狀的納米結(jié)構(gòu)材料，在選擇性腐蝕掉基體后能夠獲得相應(yīng)的金屬納米絲。相對(duì)于目前通常所采用的制備金屬納米絲的方法， 本方法避免了沉積方法制造納米結(jié)構(gòu)材料時(shí)模板的使用，因而沒(méi)有了去除模版這一過(guò)程從而使得所獲得金屬絲具有較好的完整性；同時(shí)基體相都極少的溶于纖維相中，從而保證了所制備的金屬絲具有較高的純度(如表1所示)。該方法的另一優(yōu)勢(shì)在于可通過(guò)熱通量的有效調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)納米絲材尺寸(長(zhǎng)/徑比)、形態(tài)(截面圓度)的控制，達(dá)到了纖維共晶相超細(xì)化的目的；并利用選擇性腐蝕技術(shù)得到高長(zhǎng)/徑比金屬納米絲。表1通過(guò)ICP-OES測(cè)得的原始合金中金屬的成分和使用HCVH2O2腐蝕后的濾液中金屬的成分
試樣組成元素AlNiRe%,w/w%,w/w%,w/wNiAl-Re 合金29.9655.5腐蝕后的濾液31.266.91.9


圖1是用NiAl-Re共晶制備Re金屬絲方法的流程圖。圖2是定向凝固的NiAl-L 5at. % Re試樣腐蝕4h后觀察到的Re纖維(抽拉速率為 8 μ ms_1) ο圖3是定向凝固的NiAl-L 5at. % Re試樣腐蝕Ih后觀察到的Re纖維(抽拉速率為 30 μ ms_1)。圖4是定向凝固的NiAHat. % Re試樣腐蝕證后觀察到的Re纖維(抽拉速率為 15 μ ms_1)。圖5是定向凝固的NiAl_3at. % Re試樣腐蝕2. 5h后觀察到的Re纖維(抽拉速率為 50 μ ms_1)。
具體實(shí)施例方式實(shí)例一本實(shí)例是通過(guò)NiAl-L 5at. % Re共晶定向凝固制備Re納米絲。本實(shí)施例是用高純的Ni (99.99% )、A1 (99. 99%)和Re粒(99. 99% )配成合金，其中Ni Al的原子百分比為1 l，Re在NiAl-Re共晶合金中所占的原子百分比為0.015。本實(shí)施例還提出了一種制備Re金屬絲的方法，包括以下步驟步驟一，制備NiAl-Re共晶合金鑄錠將高純的Ni、Al和Re粒按比例配料；將配好的原料裝入銅坩堝內(nèi)置于高真空電弧熔煉爐中，熔煉前將熔煉爐抽真空至低于2 X KT4Pa 并保持。加熱原料，并使原料在爐內(nèi)熔煉成溶液。溶液隨爐冷卻池，冷卻后得到MAl-Re共晶合金鑄錠。步驟二，共晶合金的定向凝固通過(guò)線切割從熔煉后得到的共晶合金鑄錠中切割出60mmX Φ4mm的試樣棒，用120#剛玉砂紙對(duì)得到的試樣棒進(jìn)行打磨。將得到的試樣棒置于丙酮溶液中進(jìn)行超聲波清洗。將試樣裝入IOOmmX Φ 4mm剛玉管中并放入Bridgman感應(yīng)加熱定向凝固爐中，將定向凝固爐抽真空至真空度低于2X 10_4Pa，然后充入氬氣作為保護(hù)氣體。采用分段多次增加功率的方法對(duì)定向凝固爐加熱，加熱功率以150W/min速率增加， 直至定向凝固爐的溫度升至1700°C;保溫20min后進(jìn)行定向凝固。定向凝固過(guò)程中保持定向凝固爐的溫度為1690 1710°C，定向凝固溫度梯度為300KCHT1，抽拉速率為Syms-1。當(dāng)抽拉長(zhǎng)度達(dá)到30mm后將試樣迅速浸入液態(tài)金屬中實(shí)施淬火，隨后停止加熱并使試樣在爐內(nèi)冷卻1.證，冷卻后即可得到定向凝固的NiAl-L 5at. % Re棒狀共晶試樣。步驟三，制備Re金屬絲用濃度為6. 4% HCl和6% H2O2以體積比1 1配制成腐蝕液，將得到的定向凝固試樣侵入到腐蝕液中，對(duì)試樣進(jìn)行選擇性腐蝕。腐蝕時(shí)間為4h，使 MAl基體溶解而纖維相保持不變。將腐蝕后的試樣置于蒸餾水中浸泡lOmin，取出晾干后得到直徑為450 500nmRe纖維。采用光學(xué)顯微鏡對(duì)所得到的Re纖維絲進(jìn)行了觀察，如圖1所示。實(shí)例二本實(shí)例是通過(guò)NiAl-L 5at. % Re共晶定向凝固制備Re納米絲。本實(shí)施例是用高純的Ni (99.99% )、A1 (99. 99%)和Re粒(99. 99% )配成合金，其中Ni Al的原子百分比為1 l，Re在NiAl-Re共晶合金中所占的原子百分比為0.015。本實(shí)施例還提出了一種制備Re金屬絲的方法，包括以下步驟步驟一，制備NiAl-Re共晶合金鑄錠將高純的Ni、Al和Re粒按比例配料；將配好的原料裝入銅坩堝內(nèi)置于高真空電弧熔煉爐中，熔煉前將熔煉爐抽真空至低于2 X KT4Pa 并保持。加熱原料，并使原料在爐內(nèi)熔煉成溶液。溶液隨爐冷卻池，冷卻后得到MAl-Re共晶合金鑄錠。步驟二，共晶合金的定向凝固通過(guò)線切割從熔煉后得到的共晶合金鑄錠中切割出60mmX Φ4mm的試樣棒，用120#剛玉砂紙對(duì)得到的試樣棒進(jìn)行打磨。將得到的試樣棒置于丙酮溶液中進(jìn)行超聲波清洗。將試樣裝入IOOmmX Φ 4mm剛玉管中并放入Bridgman感應(yīng)加熱定向凝固爐中，將定向凝固爐抽真空至真空度低于2X 10_4Pa，然后充入氬氣作為保護(hù)氣體。采用分段多次增加功率的方法對(duì)定向凝固爐加熱，加熱功率以150W/min速率增加， 直至定向凝固爐的溫度升至1700°C;保溫20min后進(jìn)行定向凝固。定向凝固過(guò)程中保持定向凝固爐的溫度為1690 1710°C，定向凝固溫度梯度為300KCHT1，抽拉速率為βΟμπ Γ1。當(dāng)抽拉長(zhǎng)度達(dá)到35mm后將試樣迅速浸入液態(tài)金屬中實(shí)施淬火，隨后停止加熱并使試樣在爐內(nèi)冷卻1.證，冷卻后即可得到定向凝固的NiAl-L 5at. % Re棒狀共晶試樣。步驟三，制備Re金屬絲用濃度為6. 4% HCl和6% H2O2以體積比1 1配制成腐蝕液，將得到的定向凝固試樣侵入到腐蝕液中，對(duì)試樣進(jìn)行選擇性腐蝕。腐蝕時(shí)間為lh，使 MAl基體溶解而纖維相保持不變。將腐蝕后的試樣置于蒸餾水中浸泡lOmin，取出晾干后得到直徑為400nmRe纖維。采用光學(xué)顯微鏡對(duì)所得到的Re纖維絲進(jìn)行了觀察，如圖2所示。實(shí)例三本實(shí)例是通過(guò)NiAl_2at. % Re共晶定向凝固制備Re納米絲。本實(shí)施例是用高純的Ni (99. 99% )、A1 (99. 99% )和Re粒(99. 99% )配成合金， 其中Ni Al的原子百分比為1 l，Re在NiAl-Re共晶合金中所占的原子百分比為0.02。本實(shí)施例還提出了一種制備Re金屬絲的方法，包括以下步驟步驟一，制備NiAl-Re共晶合金鑄錠將高純的Ni、Al和Re粒按比例配料；將配好的原料裝入銅坩堝內(nèi)置于高真空電弧熔煉爐中，熔煉前將熔煉爐抽真空至低于2 X KT4Pa 并保持。加熱原料，并使原料在爐內(nèi)熔煉成溶液。溶液隨爐冷卻池，冷卻后得到MAl-Re共晶合金鑄錠。步驟二，共晶合金的定向凝固通過(guò)線切割從熔煉后得到的共晶合金鑄錠中切割出60mmX Φ4mm的試樣棒，用120#剛玉砂紙對(duì)得到的試樣棒進(jìn)行打磨。將得到的試樣棒置于丙酮溶液中進(jìn)行超聲波清洗。將試樣裝入IOOmmX Φ 4mm剛玉管中并放入Bridgman感應(yīng)加熱定向凝固爐中，將定向凝固爐抽真空至真空度低于2X 10_4Pa，然后充入氬氣作為保護(hù)氣體。采用分段多次增加功率的方法對(duì)定向凝固爐加熱，加熱功率以150W/min速率增加， 直至定向凝固爐的溫度升至1700°C;保溫20min后進(jìn)行定向凝固。定向凝固過(guò)程中保持定向凝固爐的溫度為1690 1710°C，定向凝固溫度梯度為300KCHT1，抽拉速率為Ιδμπ Γ1。當(dāng)抽拉長(zhǎng)度達(dá)到30mm后將試樣迅速浸入液態(tài)金屬中實(shí)施淬火，隨后停止加熱并使試樣在爐內(nèi)冷卻池，冷卻后即可得到定向凝固的NiAl-ht. % Re棒狀共晶試樣。步驟三，制備Re金屬絲用濃度為6. 4% HCl和6% H2O2以體積比1 1配制成腐蝕液，將得到的定向凝固試樣侵入到腐蝕液中，對(duì)試樣進(jìn)行選擇性腐蝕。腐蝕時(shí)間為紐，使 MAl基體溶解而纖維相保持不變。將腐蝕后的試樣置于蒸餾水中浸泡lOmin，取出晾干后得到直徑為420 460nm Re纖維。采用光學(xué)顯微鏡對(duì)所得到的Re纖維絲進(jìn)行了觀察，如圖3所示。實(shí)例四本實(shí)例是通過(guò)NiAl_3at. % Re共晶定向凝固制備Re納米絲。本實(shí)施例是用高純的Ni (99. 99% )、A1 (99. 99% )和Re粒(99. 99% )配成合金， 其中Ni Al的原子百分比為1 l，Re在NiAl-Re共晶合金中所占的原子百分比為0.03。本實(shí)施例還提出了一種制備Re金屬絲的方法，包括以下步驟步驟一，制備NiAl-Re共晶合金鑄錠將高純的Ni、Al和Re粒按比例配料；將配好的原料裝入銅坩堝內(nèi)置于高真空電弧熔煉爐中，熔煉前將熔煉爐抽真空至低于2 X KT4Pa 并保持。加熱原料，并使原料在爐內(nèi)熔煉成溶液。溶液隨爐冷卻池，冷卻后得到MAl-Re共晶合金鑄錠。步驟二，共晶合金的定向凝固通過(guò)線切割從熔煉后得到的共晶合金鑄錠中切割出60mmX Φ4mm的試樣棒，用120#剛玉砂紙對(duì)得到的試樣棒進(jìn)行打磨。將得到的試樣棒置于丙酮溶液中進(jìn)行超聲波清洗。將試樣裝入IOOmmX Φ 4mm剛玉管中并放入Bridgman感應(yīng)加熱定向凝固爐中，將定向凝固爐抽真空至真空度低于2X 10_4Pa，然后充入氬氣作為保護(hù)氣體。采用分段多次增加功率的方法對(duì)定向凝固爐加熱，加熱功率以150W/min速率增加， 直至定向凝固爐的溫度升至1700°C;保溫20min后進(jìn)行定向凝固。定向凝固過(guò)程中保持定向凝固爐的溫度為1690 1710°C，定向凝固溫度梯度為300KCHT1，抽拉速率為δΟμπ Γ1。當(dāng)抽拉長(zhǎng)度達(dá)到35mm后將試樣迅速浸入液態(tài)金屬中實(shí)施淬火，隨后停止加熱并使試樣在爐內(nèi)冷卻1.證，冷卻后即可得到定向凝固的NiAl-3at. % Re棒狀共晶試樣。步驟三，制備Re金屬絲用濃度為6. 4% HCl和6% H2O2以體積比1 1配制成腐蝕液，將得到的定向凝固試樣侵入到腐蝕液中，對(duì)試樣進(jìn)行選擇性腐蝕。腐蝕時(shí)間為2. 5h， 使MAl基體溶解而纖維相保持不變。將腐蝕后的試樣置于蒸餾水中浸泡lOmin，取出晾干后得到直徑為300 340nm Re纖維。采用光學(xué)顯微鏡對(duì)所得到的Re纖維絲進(jìn)行了觀察，如圖4所示。
權(quán)利要求
1.一種用NiAl-Re共晶合金制備的Re金屬絲，其特征在于，所述的NiAl-Re共晶合金是用高純的Ni、Al和Re粒配制而成；NiAl-Re共晶合金中Ni Al的原子百分比為1 1， Re相在NiAl-Re共晶合金中所占的原子百分比為0. 01 0. 08。
2.如權(quán)利要求書(shū)所述一種用NiAl-Re共晶合金制備的Re金屬絲，其特征在于，所述的 Ni、Al和Re粒純度均為99. 99 %。
3.一種制備如權(quán)利要求1所述Re金屬絲的方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟一，制備NiAl-Re共晶合金鑄錠將高純的Ni、Al和Re粒按比例配料；將配好的原料裝入銅坩堝中置于爐內(nèi)，將熔煉爐抽真空至真空度低于2 X 10-4 并保持，將配好的原料在爐內(nèi)熔煉成溶液并隨爐冷卻池，得到NiAl-Re共晶合金鑄錠；步驟二，共晶合金的定向凝固將共晶合金鑄錠中切割成試樣棒，對(duì)得到的試樣棒進(jìn)行打磨后置于丙酮溶液中進(jìn)行超聲波清洗；將試樣裝入剛玉管中并放入定向凝固爐，并對(duì)定向凝固爐抽真空至真空度低于2X10_4Pa，然后充入氬氣；對(duì)定向凝固爐加熱，加熱功率以 150W/min速率增加，直至定向凝固爐的溫度升至1700°C ；保溫20min后進(jìn)行定向凝固；定向凝固中定向凝固爐的溫度為1690 1710°C ；定向凝固溫度梯度為300KCHT1，抽拉速率為 3ym/s 50ym/s ；完成定向凝固的試樣浸入液態(tài)金屬中淬火；停止加熱使試樣在爐內(nèi)冷卻1. 5 2h，冷卻后即可得到定向凝固的NiAl-Re試樣；步驟三，制備Re金屬絲用濃度為6. 4% HCl和6% H2O2以體積比1 1配制成腐蝕液，對(duì)定向凝固后得到的試樣進(jìn)行選擇性腐蝕，腐蝕時(shí)間為Ih 5h，使MAl基體溶解而纖維相保持不變；將腐蝕后的試樣置于蒸餾水中浸泡lOmin，取出晾干后得到Re纖維。
全文摘要
一種用NiAl-Re共晶制備的Re金屬絲及制備方法。所述的NiAl-Re共晶合金是用高純的Ni、Al和Re粒配制而成。本發(fā)明通過(guò)對(duì)制備的NiAl-Re共晶合金鑄錠進(jìn)行定向凝固；用濃度為6.4％HCl和6％H2O2以體積比1∶1配制成腐蝕液，對(duì)定向凝固后得到的試樣進(jìn)行選擇性腐蝕，使NiAl基體溶解而纖維相保持不變；將腐蝕后的試樣置于蒸餾水中浸泡10min，取出晾干后得到Re纖維。本發(fā)明通過(guò)選擇性腐蝕技術(shù)得到高長(zhǎng)/徑比金屬納米絲，獲得的金屬絲純度較高。制備中，通過(guò)對(duì)熱通量的有效調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)納米絲材尺寸、形態(tài)的控制，實(shí)現(xiàn)了纖維共晶相超細(xì)化。
文檔編號(hào)C30B29/02GK102168311SQ20111005163
公開(kāi)日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月3日
發(fā)明者傅恒志, 劉林, 張軍, 胡勤, 趙志龍, 趙新寶 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)