一种碳质增强金属/金属氧化物复合粉末的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明公开了一种碳质增强金属/金属氧化物复合粉末的制备方法，属于复合粉末制备的技术领域。
【背景技术】
[0002]碳质增强金属/金属氧化物粉末，尤其是超细晶和纳米晶粉末，由于其独特的力学和物理化学特性，比如良好的导热、导电性能、巨大的比表面积等，在电子领域、功能材料领域、化工领域和航空航天等领域具有广阔的应用前景。
[0003]但是，由于超细晶和纳米晶金属/金属氧化物粉末具有非常大的比表面积，使其很容易发生团聚，从而影响产品性能的均一性和稳定性。另外，碳质与金属/金属氧化物粉末之间存在比较大的比重差异和尺寸差异，并且界面结合力较弱等原因，如果制备方法和工艺不恰当，很容易造成成分偏析，从而影响了碳质增强金属/金属氧化物粉末优异性能的充分发挥。
[0004]现有的制备碳质增强金属/金属氧化物复合粉末的方法主要是通过球磨方法、 共沉淀法和分子级别混合法，但这些方法存在不可避免的缺陷。如Xue等人发表的
〈〈Microstructures and tensile behav1r of carbon nanotubes reinforced Cumatrix composites with molecular-level dispers1n》论文中提到了一种分子级别混合法制备碳质增强金属氧化物复合粉末的方法，具体步骤是把功能化的碳质按I g/L的浓度放入酒精中超声振荡30 min，把金属盐溶液按2 g/ml的浓度溶解到氨水中，将这两种混合溶液混合并超声振动30 min，在100°C下进行磁力搅拌，再在300°C下煅烧得到干燥的碳质增强金属氧化物复合粉末。显然，在煅烧过程中粉末会重新发生团聚和重结晶现象，而且温度越高，团聚和重结晶现象越严重。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是大规模批量化将碳纳米管均匀分散在金属/金属氧化物粉末基体中，并将复合粉末颗粒细化至超细及纳米尺度，为粉末冶金法制备金属/金属氧化物复合材料提供重要的可靠的原料来源。
[0006]本发明的目的在于提供一种喷雾热解法制备碳质增强金属/金属氧化物复合粉末的方法，采用配置前驱体溶液—雾化—高温分解—收集粉末的工艺路线得到碳质增强金属/金属氧化物复合粉末，具体包括以下步骤:
将金属盐溶液和碳质分散液配置成前驱体溶液，使其充分混合均匀，然后将此前驱体溶液通过雾化装置进行雾化，以液滴(通常为纳米级)的形式进入事先加热至金属盐分解温度的腔体中，并保持温度恒定，在有氧环境下发生热解反应，然后开启收尘系统进行收集，得到金属氧化物复合粉末;或者在热解反应过程中通入还原性气氛，同时进行热解和还原反应，碳质增强金属基复合粉末。
[0007]优选的，本发明所述金属盐为无机金属盐(例如氯化盐、硫酸盐、硝酸盐)或者有机金属盐(例如乙酸盐、柠檬酸盐等有机盐在水、或者有机溶剂中形成的盐溶液)，所述金属盐溶液为一种金属盐溶液，或者两种以上金属盐溶液的混合溶液。
[0008]本发明所述的腔体是可以加热的腔体，既可以是传统的热传导加热方式，如电阻丝加热、天然气加热等;也可以是场加热方式，如微波加热、感应加热、电火花加热等。
[0009]本发明所述的腔体的材料可以是金属材料，也可以是非金属陶瓷材料，腔体的形状可以是圆柱、四方和六方等，并能够在设定的温度保持恒温状态。
[0010]本发明所述的前驱体溶液是可以在高温下发生热解反应或者可以同时发生热解和还原反应的金属盐溶液与含有碳质分散液的混合液，其中各组成的浓度可以根据生产或者实验的要求进行设计和确定。
[0011]本发明所述的前驱体溶液需要混合均匀，可以通过充分搅拌实现，搅拌方式可以是机械搅拌、电磁搅拌等，搅拌时间根据前驱体溶液中金属盐和碳质分散液的浓度而定。
[0012]本发明所述的碳质可以是石墨烯、碳纳米管、无定形碳、碳纤维、富勒烯等，也可以是经过功能化或者其他处理以上碳质；炭质分散液可以是碳质在水、二甲基甲酰胺、甲基吡咯烷酮等有机溶剂中的溶液。
[0013]本发明所述的雾化装置可以是机械雾化，如直射式、离心式和旋转雾化方式等，也可以是超声波雾化等形式。
[0014]本发明所述的热解反应为前躯体溶液在具有有氧气氛的高温腔体里发生分解反应，或者在具有还原性气氛的高温腔体里同时发生分解和还原反应。
[0015]本发明所述的还原气氛可以是氢气、一氧化碳、分解氨气、天然气等具有还原作用的气氛；
本发明步骤所述的收尘装置可以是布袋收尘、静电收尘、磁力收尘和旋风收成等收集粉末的装置。
[0016]本发明与传统制备复合粉末的方法相比，其有益效果是所制备的碳质增强金属/金属氧化物复合粉末中的碳质的分散性更好、金属的颗粒尺寸更小、粒度分布更可控、球形度更高，复合粉末的均匀性和流动性都优于现有的制备方法，这是因为在喷雾热解法制备碳质增强金属/金属氧化物复合粉末的过程中，金属盐溶液与碳质扩散液的混合溶液被雾化成液滴通入腔体内进行反应，在液滴表面张力的作用和腔体高温作用下，在一个液滴中发生分解，或者同时发生分解和还原反应生成一个粉末颗粒，液滴的尺寸可以通过雾化装置控制的非常细小，粉末颗粒在高温腔体里面停留的时间非常短，从而可以有效避免发生二次团聚。
[0017]本发明所具有的优点和积极效果
(I)本发明所述的制备碳质增强金属/金属氧化物复合粉末的方法，安全可靠，环境友好，处理流程短，工艺简单，产量高，易于实现规模化生产。
[0018](2)本发明方法所制备的碳质增强金属/金属氧化物复合粉末中，复合粉末颗粒的尺寸可达到纳米和超细晶级别，粒度分布可控，组成成分均匀。
[0019](3)本发明所述的制备碳质增强金属/金属氧化物复合粉末的过程大部分是在封闭环境中进行，所得粉末的纯度高。
【附图说明】
[0020]图1是实施例1制备的碳质增强金属氧化物复合粉末的扫描电镜图像。
[0021]图2是实施例1制备的碳质增强金属氧化物复合粉末的透射电镜图像。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
[0023]实施例1
本实施例提供碳质增强金属/金属氧化物复合粉末的制备方法:
(1)称量50g醋酸铜溶液放入5000ml的去离子水中得到醋酸铜溶液，称量Ig的碳纳米管分散到100ml的水中得到碳纳米管分散液；
(2)将步骤(I)准备好的醋酸铜溶液和碳纳米管分散液充分搅拌后混合均匀得到前驱体溶液，将前驱体溶液倒入超声雾化装置的储存箱内，连接雾化装置的出口和高温腔体(事先已经电阻加热升温到450°C并保持恒温)的进口，打开雾化装置，开始雾化；
(3)开启收尘系统进行收集，并将高温分解产生的复合粉末通过旋风收尘收集起来得到碳纳米管增强氧化铜复合粉末，