СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА ОКСИДА НИКЕЛЯ Российский патент 2025 года по МПК B22F9/30 C01G53/04 C01G1/02 

Изобретение относится к технологии получения ферромагнитного порошка оксида никеля, который может применяться в микроэлектронике, в том числе в магнитных накопителях данных.

Известен электрохимический способ получения наноразмерных структур оксида никеля (II) [RU 2592892 C1, МПК C01G 53/04 (2006.01), C25B 1/00 (2006.01), B82Y 40/00 (2011.01), опубл. 27.07.2016], включающий окисление никелевого анода в ионной жидкости в атмосфере воздуха. Причем используют никелевые анод и катод. Окисление проводят при температуре 20-25°C в течение 2-20 минут, при плотности постоянного тока 5-10 мА/см² или при постоянном потенциале 2,3-5 В.

Недостатками приведенного метода является сложность реализации предложенного метода в промышленных масштабах, многостадийность технического процесса.

Известен способ получения ультрамикродисперсного порошка оксида никеля [RU 2550070 C1, МПК C01G 53/04 (2006.01), C25B 1/00 (2006.01), C25C 5/02 (2006.01), опубл. 10.05.2015], включающий получение порошка оксида никеля из металлических никелевых электродов электролизом в щелочном растворе гидроксида натрия, осуществляемый при температуре 20-30°C при одновременном воздействии на электроды тока частотой 20 Гц. Электролиз проводят на асимметричном переменном токе с плотностью тока анодного и катодного полупериода 2,5 А/см² и 1 А/см² соответственно и при воздействии на электроды ультразвукового излучения с частотой в диапазоне 150-300 кГц.

Недостатком данного метода являются высокие энергозатраты, а также возможные примеси натрия.

Известен способ получения однородных наночастиц оксидов металлов сверхвысокой чистоты, смешанных оксидов металлов, металлов и металлических сплавов оксида никеля [CN 101415509 B, МПК C01G 3/02 (2006.01), C01G 5/02 (2006.01), C01G 9/02 (2006.01), C01G 19/02 (2006.01), C01G 25/02 (2006.01), C01G 51/04 (2006.01), C01G 53/00 (2006.01), C01G 53/04 (2006.01), C01G 55/00 (2006.01), опубл. 17.04.2013], включающий получение порошка путем смешивания кристаллогидрата оксалата никеля и гидроксиамония углерода в ступе с добавлением в получаемую смесь воды. Полученную смесь перемешивают 10 минут с помощью пестика, полученный исходный материал помещают в печь, разогретую до 90°C, сушат в течении 24 часов, затем помещают в программируемую печь, которая нагревается от 25 до 300°C за 30 минут, после чего выдерживают при данной температуре в течение часа.

Недостатками вышеизложенного метода являются длительность операций технологического процесса, а также высокие затраты на потребляемую энергию.

Известен способ получения однородных наночастиц оксидов металлов сверхвысокой чистоты, смешанных оксидов металлов, металлов и металлических сплавов [EP1986804A2, опубл. 05.11.2008], включающий получение нанопорошка оксида никеля, путем протекания твердофазной реакции в результате смешивания нитрата никеля и бикарбоната аммония. Получаемую смесь перемешивают в течение 25 минут, затем высушивают в течение часа при температуре 3000°C.

Недостатком предложенного метода являются значительные энергозатраты, требующиеся на его реализацию, а также значительное время реализации.

Известен способ получения металлических порошков кобальта термолизом ацетата, оксалата и формиата кобальта (II) [Каменщиков О. Ю. и др. Получение металлических порошков кобальта термолизом ацетата, оксалата и формиата кобальта (II) //Вестник Пермского университета. Серия: Химия. – 2021. – Т. 11. – №. 1. – С. 5-16.], включающий термическое разложение солей карбоновых кислот под воздействием нагрева с постоянной скоростью (5 К/мин) в динамической азотной атмосфере (50 мл/мин).

Недостатком способа является низкая скорость нагрева, высокая степень инертности нагрева.

Известен способ получения порошков ферромагнитных материалов термолизом [Гребнев М. Э. и др. Получение порошков ферромагнитных материалов термолизом //Химия и химическая технология в XXI веке: материалы XXIII Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых имени выдающихся химиков ЛП Кулёва и НМ Кижнера, Томск, 16-19 мая 2022 г. Т. 1. – Томский политехнический университет, 2022. – Т. 1. – С. 57-58.], включающий прокаливание сухих порошков оксалатов металлов Ni и Co в муфельной печи при температуре до 500 °С в течении не менее 30 минут.

Недостатками данного способа является долгое время выдержки образца в печи и высокие затраты электроэнергии на нагрев.

Наиболее близким к заявленному изобретению известен способ получения порошков металлов и их оксидов термическим разложением оксалатов Cu, Ni, Co [Пивоваров Д. А., Голубчикова Ю. Ю., Ильин А. П. Получение порошков металлов и их оксидов термическим разложением оксалатов Cu, Ni, Co // Известия ТПУ. 2012. №3. С. 11-16.], включающий получение смеси порошков оксида никеля и металлического никеля путем термического разложения оксалата никеля. Термическое разложение проводили в атмосфере воздуха. Сухой порошок оксалата никеля засыпали в пробирку и прокаливали в пламени горелки, при температуре (350…400 °С).

Недостатком метода является невысокая чистота получаемого продукта, а также невозможность реализации в промышленных масштабах вследствие использования для реализации процесса очень малых навесок (не более 100 мг).

Принципиальным отличием настоящего изобретения от вышерассмотренных является применение импульсного СВЧ-воздействия высокой плотности мощности с длительностью импульса не более 3 мкс, что позволяет сократить тепловые потери на сопутствующий нагрев конструкционных материалов установки, сократить время нагрева и достичь более интенсивной скорости протекания процессов дегидратации и разложения оксалата никеля, сопровождаемого резким расширением вспомогательных газообразных продуктов, способствующих снижению процесса укрупнения частиц, а также достижение высокой чистоты получаемого материала и полноты протекания реакции разложения.

Заявленный способ получения порошка оксида никеля включает разложение порошка оксалата никеля в импульсном СВЧ-поле в атмосфере воздуха. Частота излучения составляет 2,45 ГГц, плотность потока мощности 8 кВт/см², длительность импульса не превышает 3 мкс. В связи с тем, что излучение обладает высокой плотностью мощности, присутствует нагрев образца в области реактора, что инициирует протекание реакции разложения.

Технический результат изобретения заключается в сокращении времени воздействия СВЧ-поля на образец, увеличении дисперсности частиц получаемого продукта, обусловленного протеканием интенсивного процесса дегидратации с резким переходом частиц воды в парогазовую форму кристаллогидрата, что приводит к разлету частиц по всему объему образца и препятствует процессам спекания и укрупнения получаемого продукта, а также повышение выхода реакции, синтезируемого ферромагнитного порошка, а именно, в получении оксида никеля (II) с низким процентным содержанием примеси металлического никеля.

Сущность настоящего изобретения состоит в получении микронного и субмикронного порошка оксида никеля разложением оксалата никеля.

Поставленная техническая задача достигается вследствие воздействия на образец импульсного СВЧ-поля большой мощности и плотности, приводящего к высокой скорости нагрева образца, не менее 100°C/с, и ускорению процессов дегидратации и разложения оксалата никеля. Использование импульсного режима облучения исключает возможность значительного роста зерен, а также спекания частиц материала, что позволяет обеспечить микронные и субмикронные размеры частиц и их агломератов.

Оксалат никеля получали по обменной реакции

между сульфатом никеля и оксалатом аммония в водном растворе при 20°C, полученные осадки промывали дистиллятом методом декантации и высушивали над силикагелем в эксикаторе при температуре 20°C. Термическое разложение 1,5 мл объема порошка оксалата никеля проводили при действии СВЧ-излучения в атмосфере воздуха. Порошок оксалата никеля засыпали в кварцевую трубку, являющуюся оптически прозрачной для СВЧ-излучения, и подвергали поток с плотностью мощности 8 кВт/см², длительность импульса не более 3 мкс, частота следования импульсов 400 Гц, несущая частота излучения – 2,45 ГГц. Нагрев образца инициировал разложение оксалата и протекание реакции окисления никеля, время процесса составляет не более 30 с.

Пример конкретного осуществления изобретения: микронный порошок оксалата никеля массой 2 грамма насыпали в кварцевую трубку и помещали на диэлектрическую подложку из оксида алюминия в безэховую камеру СВЧ-установки, после чего подвергали импульсному СВЧ-воздействию с плотностью мощности 8 кВт/см², длительность импульса не более 3 мкс, частота следования импульсов 400 Гц, несущей частотой излучения 2,45 ГГц в течении 30 с. Результаты рентгенофазового анализа подтверждает, что полученный продукт имеет высокую чистоту: не менее 99,7% NiO и не более 0,3% Ni (фиг. 1 - Дифрактограмма продукта разложения оксалата никеля). Для оценки размера частиц выполнена растровая электронная микроскопия, которая показала наличие в полученном образце отдельных частиц и их агломератов, размеры которых не превышают 5 мкм (фиг. 2. – Снимок микроструктуры продукта разложения оксалата никеля).

Изобретение относится к получению ферромагнитного порошка оксида никеля, который применят в микроэлектронике, в том числе в магнитных накопителях данных. Способ включает термическое разложение оксалата никеля в течение не более 30 с воздействием СВЧ-излучения частотой 2,45 ГГц, с плотностью мощности, равной 8 кВт/см², в импульсном режиме. Причем длительность импульсов составляет не более 3 мкс, а частота их следования - 400 Гц. Обеспечивается сокращение времени воздействия СВЧ-поля на образец, увеличение дисперсности частиц получаемого продукта, а также повышение выхода реакции синтезируемого ферромагнитного порошка. 2 ил., 1 пр.

Способ получения порошка оксида никеля, включающий термическое разложение оксалата никеля, отличающийся тем, что термическое разложение оксалата никеля осуществляют в течение не более 30 с воздействием СВЧ-излучения частотой 2,45 ГГц, с плотностью мощности, равной 8 кВт/см², в импульсном режиме, при этом длительность импульсов составляет не более 3 мкс, а частота их следования - 400 Гц.