专利名称：一种提高溶除模板法制备空心球效率的方法
技术领域：
本发明涉及一种提高溶除模板法制备空心球效率的方法，具体地说，涉及一种提高溶除模板法制备毫米或微米量级的金属或合金空心球效率的方法，属于材料制备领域。
背景技术：
利用金属空心球或合金空心球与其它材料复合可以制备多孔材料、阻尼材料或吸波材料等多种材料，可用于如吸声减振的泡沫金属、具有电磁屏蔽功能的涂层材料以及电池电极材料等领域。在制备上述材料时，根据材料具体性能的需求，往往需要制备毫米或微米量级的金属或合金空心球。利用溶除模板法，采用化学镀或电镀在模板表面形成壳层，得到核-壳结构的复合球，其中，所述模板为核，是毫米或微米量级的球形或近球形的金属或合金模板，所述壳层为金属或合金壳层；用酸溶液溶除所述复合球中的模板，可以制备得到毫米或微米量级的金属或合金空心球。在利用所述溶除模板法所述空心球的过程中，由于所述空心球尺寸较大，为保证所述空心球具有足够的强度而不至于在后续处理中发生破裂，在镀制所述壳层时，要求所述壳层具有一定尺寸的厚度，如制备内径为O. 8mm的金属钴空心球，金属钴壳层厚度应为>20 μ m，才能保证钴壳层在随后的溶除模板过程不易破碎。但较厚的壳层使得用酸溶液溶除壳层内的模板时，酸溶液难以渗透进入壳层内溶除模板，为此需要将所述复合球置于低浓度的酸溶液进行长时间的缓慢酸蚀，才能在保证壳层基本完整的情况下溶除模板，制得金属或合金空心球。因此制备毫米或微米量级的金属或合金空心球的过程十分漫长，效率较低，如制备内径为O. 8_、壳层厚为50 μ m的金属钴空心球，通过盐酸蚀完全溶除钴壳内的铁模板需要7h ;而制备内径为70 μ m,壳层厚为3 μ m的金属钴空心球，通过盐酸蚀完全溶除钴壳内的铁模板则需要2h。所以，需要采取方法提高利用溶除模板法制备毫米或微米量级的金属或合金空心球的效率。
发明内容
针对目前利用溶除模板法制备毫米或微米量级的金属或合金空心球效率较低的缺陷，本发明的目的在于提供一种提高溶除模板法制备空心球效率的方法，所述方法可明显缩短溶除模板所需的时间，提高利用溶除模板法制备毫米或微米量级的金属或合金空心球的效率。本发明的目的是通过下述技术方案而实现的。一种提高溶除模板法制备空心球效率的方法，所述方法中使用的溶除模板法为本领域制备毫米或微米量级的金属或合金空心球所使用的常规的溶除模板法，其特征在于当利用溶除模板法制备毫米或微米量级的金属或合金空心球过程中，在毫米或微米量级的金属或合金模板表面镀覆金属或合金壳层形成核-壳结构的复合球时，在镀液中添加占所述壳层体积的2 10%的纳米金属或合金粒子，通过复合化学镀或复合电镀，使添加于镀液中的纳米金属或合金粒子分散嵌入所述壳层中；其中，所述粒子的电极电位低于所述壳层的电极电位。金属或合金空心球的外径尺寸为50 μ m 2mm。有益效果I.本发明所提供的一种提高溶除模板法制备空心球效率的方法，将纳米金属或合金粒子通过复合镀嵌入复合球的壳层中提高效率，当将复合球置于酸溶液中进行酸蚀时， 根据原电池反应原理，壳层中嵌入的低电极电位的纳米金属或合金粒子将先行溶解而在金属和合金壳层中形成纳米量级的微孔洞，所述微孔洞的存在使得酸溶液能够更快的渗透进入壳层内溶除模板，从而明显缩短溶除模板所需的时间，大大地提高利用溶除模板法制备毫米或微米量级金属或合金空心球的效率。2.本发明所提供的一种提高溶除模板法制备空心球效率的方法，解决现有溶除模板法制备毫米或微米量级金属或合金空心球的方法不能控制酸蚀过程中在壳层中所形成微孔洞的大小和数量的缺陷，可通过调整镀液中所加低电极电位纳米金属或合金粒子的大小和数量，对酸蚀过程中在壳层中所形成微孔洞的大小和数量进行控制，保证壳层中形成微孔洞的大小和数量不会破坏壳层的完整性和导致壳层强度明显下降而破碎。
具体实施例方式为了充分说明本发明的特性以及实施本发明的方式，下面给出实施例。实施例I分别配置20g/L的CoSO4溶液200mL、30g/L的酒石酸钾钠溶液lOOmL，2g/L的乙二胺四乙酸二钠溶液IOOmL,将所述三种溶液均匀混合，然后搅拌加入5mol/L的NaOH溶液 150mL，得到pH值为13的化学镀钴的镀液。称量20g平均直径为O. 8mm的铁球，用300mL质量浓度为I %的HCl酸洗5min除去铁球表面的氧化层及油污后，用去离子水冲洗酸洗后的铁球，作为模板使用。称量O. 3g平均直径为30nm的铁粒子，将所述铁粒子与模板铁球一起加入到所述镀液中，加热镀液至50°C，在超声振动和机械搅拌的条件下，往镀液中加入IOmL水合肼作为还原剂，开始镀钴反应，反应I小时后，镀液中再无气泡逸出，此时反应完全结束，取出镀覆产物用去离子水清洗，得到具有钴包铁核-壳结构的复合球，其中钴壳中嵌入有铁粒子； 将所复合球加入到400mL质量浓度为20 %的HCl溶液中，加热HCl溶液至50°C，在超声振动和机械搅拌的条件下酸蚀2小时后，复合球中的铁模板完全被溶除，制得平均内径为 O. 8mm,平均壳层厚度为50 μ m的钴空心球。实施例2分别配置20g/L的CoSO4溶液250mL、30g/L的酒石酸钾钠溶液50mL，lg/L的乙二胺四乙酸二钠溶液IOOmL,将所述三种溶液均匀混合，然后搅拌加入5mol/L的NaOH溶液 150mL，得到pH > 13的化学镀钴的镀液。称量20g平均直径为70 μ m的铁球，用300mL质量浓度为I %的HCl酸洗Imin除去铁球表面的氧化层及油污后，用去离子水冲洗酸洗后的铁球，作为模板使用。称量0. 3g平均直径为30nm的铁粒子，将所述铁粒子与模板铁球一起加入到所述镀液中，加热镀液至50°C，在超声振动和机械搅拌的条件下，往镀液中加入IOmL水合肼作为还原剂，开始镀钴反应，反应30min后，镀液中再无气泡逸出，此时反应完全结束，取出镀覆产物用去离子水清洗，得到具有钴包铁核-壳结构的复合球，其中钴壳中嵌入有铁粒子；将复合球加入到400mL质量浓度为8%的HCl溶液中，加热HCl溶液至30°C，在超声振动和机械搅拌的条件下酸蚀30min后，复合金属球中的铁核完全被溶除，制得平均内径为 70 μ m,平均壳层厚度为3 μ m的钴空心球。本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明的精神和原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种提高溶除模板法制备空心球效率的方法，其特征在于当使用溶除模板法制备毫米或微米量级的金属或合金空心球过程中，在毫米或微米量级的金属或合金模板表面镀覆金属或合金壳层形成核-壳结构的复合球时，在镀液中添加纳米金属或合金粒子，通过复合化学镀或复合电镀，使添加于镀液中的纳米金属或合金粒子分散嵌入所述壳层中；其中，所述粒子的电极电位低于所述壳层的电极电位。
2.根据权利要求I所述的一种提高溶除模板法制备空心球效率的方法，其特征在于 在镀液中添加的纳米金属或合金粒子占所述壳层体积的2 10%。
3.根据权利要求I或2所述的一种提高溶除模板法制备空心球效率的方法，其特征在于金属或合金空心球的外径尺寸为50 μ m 2mm。
全文摘要
本发明涉及一种提高溶除模板法制备空心球效率的方法，属于材料制备领域。所述方法通过在使用溶除模板法制备毫米或微米量级的金属或合金空心球过程中，在毫米或微米量级的金属或合金模板表面镀覆金属或合金壳层形成核-壳结构的复合球时，在镀液中添加纳米金属或合金粒子，通过复合化学镀或复合电镀，使所述粒子分散嵌入所述壳层中；所述粒子的电极电位低于所述壳层的电极电位。本发明方法可明显缩短溶除模板的时间，大大提高利用溶除模板法制备毫米或微米量级金属或合金空心球的效率；可通过调整镀液中添加的所述粒子大小和数量，对酸蚀在壳层所形成微孔洞的大小和数量进行控制。
文档编号B01J13/00GK102581296SQ20121000943
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月12日 优先权日2012年1月12日
发明者刘颖, 李红, 温术来, 王玉锋, 赵修臣 申请人:北京理工大学