一种钼酸钠掺杂钼粉的制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种钼酸钠掺杂钼粉的制备方法，包括以下步骤：一、将聚丙烯酰胺加入去离子水中充分搅拌，直至聚丙烯酰胺完全溶解，得到粘结剂；二、将钼粉和钼酸钠粉加入粘结剂中混合均匀，得到浆料；三、利用喷雾干燥塔对步浆料进行喷雾干燥处理，得到粒料；四、在氢气气氛的保护下，将粒料进行脱碳处理，自然冷却后得到钼酸钠掺杂钼粉。本发明采用加入量少、相溶性好、低温易排除又能符合造粒要求的聚丙烯酰胺配制成粘接剂，对生产原料要求低，工艺易于控制，操作简便、安全，适于大规模生产。采用本发明制备的钼酸钠掺杂钼粉，产品球化率高，有机物易于脱除，碳含量低，产品一致性好，完全可以满足特殊成形方式对粉末的要求。
【专利说明】一种钼酸钠掺杂钼粉的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于钥材料加工【技术领域】，具体涉及一种钥酸钠掺杂钥粉的制备方法。
【背景技术】
[0002] 能源危机、环境污染与温室效应是人类正面临的重大挑战，开发新能源和可再生 清洁能源成为21世纪最具决定影响的【技术领域】之一。目前，应用最为普遍的化石能源，其 数量有限，而且即将枯竭。全球已探明的石油储量只能用到2020年，天然气只能用到2040 年左右，煤炭也只能维持一二百年。因此，为了维持人类的生存与发展，寻找替代能源以解 决未来人类对能源的需求和对环境的保护已成燃眉之急。太阳能是一种取之不尽、用之不 竭的可再生清洁能源，作为太阳能利用的重要手段之一，对太阳能电池的研究与开发也变 得日益重要。
[0003] 目前，作为最具发展前景的薄膜太阳能电池，铜铟镓硒（CIGS)薄膜光伏产品以高 光吸收系数、高转化效率、高稳定性、可调的禁带宽度、较强的抗辐射能力等优势不断地抢 占市场份额，将成为新一代高效太阳能电池的主流产品。
[0004] 由于Na对光伏特性有益，可以提高光电转化效率，考虑到衬底中的Na扩散到CIGS 薄膜中，一般采用的衬底基板是镀钥碱玻璃，一些厂家也采用另沉积含Na的化合物来控制 Na的含量。然而所有这些均存在着工序繁多且工艺控制点增多带来的不利弊端，因此，目前 已有很多光伏企业转为寻求一种钥和钠的合金材料，以更加有效且低成本的方式来制备出 高转化效率的薄膜太阳能电池。
[0005] 由于钥和钠的熔点以及密度差异较大，常规的制备工艺不能满足要求，而一些特 殊的成形方式如热喷涂法等，需要对原料进行预处理，其目的都是为了降低该粉体的致密 化能障，使其在成形过程中有足够的强度和密度。特殊成形方式要求原料粉末粒度均匀 (10 μ m左右），保证均匀的分散度、良好的流动性和较大的烧结速率，粉末颗粒为近球形， 比表面大。普通的钥粉由于颗粒形貌不规则，流动性差，团聚严重，无法满足特殊成形方式 对粉末体性能的要求。因此，需要对钥粉进行掺杂，并进行喷雾干燥造粒处理。
[0006] -般的钥粉造粒用粘结剂是质量百分比浓度为10%?15%的乙烯醇（PVA)溶液， PVA的加入量大，因此为了脱除PVA带入的碳，需要随后进行高温脱碳（一般温度为900°C 以上）。由于靶材对碳含量的要求严格（一般不大于50ppm)，而加入PVA后，为了达到这个 要求，需要较高的脱碳温度或者较长的脱碳时间，才能把碳含量降下来，但如此高的脱碳温 度带来的一个很严重的弊端就是钠的化合物会大量挥发，并且会造成粉体中Na的不均匀 分布。
[0007] 因此，亟需研发一种产品球化率高、有机物易于脱除、碳含量低、产品一致性好的 钥酸钠掺杂钥粉的制备方法。
【发明内容】
[0008] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种钥酸钠掺杂 钥粉的制备方法。该方法采用加入量少、相溶性好、低温易排除又能符合造粒要求的聚丙烯 酰胺配制成粘接剂，对生产原料要求低，对操作人员身体没有伤害，工艺易于控制，操作简 便、安全，适于大规模生产。采用该方法制备的钥酸钠掺杂钥粉，产品球化率高，有机物易于 脱除，碳含量低，产品一致性好，完全可以满足特殊成形方式对粉末的要求。
[0009] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种钥酸钠掺杂钥粉的制备方 法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0010] 步骤一、将聚丙烯酰胺加入去离子水中充分搅拌，直至聚丙烯酰胺完全溶解，得到 粘结剂；所述聚丙烯酰胺的加入量为每升去离子水中加入3g?5g聚丙烯酰胺；
[0011] 步骤二、将钥粉和钥酸钠粉加入步骤一中所述粘结剂中混合均匀，得到浆料；所述 钥粉的加入量为每升粘结剂中加入2kg?4kg钥粉，所述钥酸钠粉的加入量根据所要制备 的钥酸钠掺杂钥粉中钠的质量百分含量换算得到；
[0012] 步骤三、利用喷雾干燥塔对步骤二中所述浆料进行喷雾干燥处理，得到粒料；
[0013] 步骤四、在氢气气氛的保护下，将步骤三中所述粒料在温度为600°C?700°C的条 件下保温1. 5h?2. 5h进行脱碳处理，自然冷却后得到钥酸钠掺杂钥粉；所述钥酸钠掺杂钥 粉中钠的质量百分含量为1 %?5%，碳的质量含量不高于50ppm。
[0014] 上述的一种钥酸钠掺杂钥粉的制备方法，其特征在于，步骤三中所述喷雾干燥处 理的具体工艺参数为：喷雾干燥塔的进风口温度为200°C?240°C，出风口温度为110°C? 150°C，喷雾干燥塔中雾化器的转速为1. 0X104r/min?1. 3X104r/min。
[0015] 上述的一种钥酸钠掺杂钥粉的制备方法，其特征在于，喷雾干燥塔的进风口温度 为220°C，出风口温度为130°C，喷雾干燥塔中雾化器的转速为1. lX104r/min。
[0016] 本发明与现有技术相比具有以下优点：
[0017] 1、本发明选择加入量少、相溶性好、低温易排除又能符合造粒要求的聚丙烯酰胺 配制成粘接剂，充分利用其粘度大，在600?700°C的脱碳温度下即可全部排除，由于其加 入量少，经过脱碳处理后，碳含量不高于50ppm，完全可以满足钥钠合金靶材对成分碳含量 的要求。
[0018] 2、脱碳处理即造粒后粒料的低温烧结过程，其目的主要是脱除造粒中加入的粘结 性有机物，并消除粉末的内应力，使粉末内部的钥酸钠分布更加均匀一致。对于采用聚丙烯 酰胺配制的粘结剂，脱碳温度低，由此能够有效避免传统的高温脱碳处理引起的钠含量的 降低问题的存在。
[0019] 3、本发明经过大量创造性实验和优化后，最终采用聚丙烯酰胺配制成粘结剂，并 与钥粉和钥酸钠粉以一定比例配制成适宜粘度的浆料，然后喷雾干燥处理，获得由许多颗 粒粘结而成的颗粒团粉末，然后将这些颗粒团粉末脱碳处理，从而获得具有一定尺寸和规 则外形的大粒度、高流动性的钥酸钠掺杂钥粉。
[0020] 4、本发明对生产原料要求低，所使用的有机粘结物质-聚丙烯酰胺价格低廉，对 操作人员身体没有伤害。其工艺易于控制，操作简便、安全，适于大规模生产。本发明制备 的钥酸钠掺杂钥粉，产品球化率高，有机物易于脱除，碳含量低，产品一致性好，完全可以满 足特殊成形方式对粉末的要求。
[0021] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 图1为本发明实施例1制备的钥酸钠掺杂钥粉的金相组织图。
[0023] 图2为本发明实施例2制备的钥酸钠掺杂钥粉的金相组织图。
[0024] 图3为本发明实施例3制备的钥酸钠掺杂钥粉的金相组织图。
【具体实施方式】
[0025] 实施例1
[0026] 本实施例钥酸钠掺杂钥粉的制备方法包括以下步骤：
[0027] 步骤一、将聚丙烯酰胺加入去离子水中充分搅拌，直至聚丙烯酰胺完全溶解，得到 粘结剂；所述聚丙烯酰胺的加入量为每升去离子水中加入4g聚丙烯酰胺；
[0028] 步骤二、将钥粉和钥酸钠粉加入步骤一中所述粘结剂中混合均匀，得到浆料；所述 钥酸钠粉的加入量根据所要制备的钥酸钠掺杂钥粉中钠的质量百分含量换算得到；本实施 例中钥粉的加入量为每升粘结剂中加入3kg钥粉，本实施例所要制备的钥酸钠掺杂钥粉中 钠的质量百分含量为3%，由此换算出，钥酸钠粉的加入量为每升粘结剂中加入547g钥酸 钠粉；
[0029] 步骤三、利用喷雾干燥塔对步骤二中所述浆料进行喷雾干燥处理，得到粒料；喷雾 干燥处理过程中控制喷雾干燥塔的进风口温度为220°C，出风口温度为130°C，控制喷雾干 燥塔中雾化器的转速为1. IX l〇4r/min ;
[0030] 步骤四、在氢气气氛的保护下，将步骤三中所述粒料在温度为650°C的条件下保温 2h进行脱碳处理，自然冷却后得到钥酸钠掺杂钥粉。
[0031] 本实施例制备的钥酸钠掺杂钥粉中钠的质量百分含量实测为3%，碳的质量含量 不高于50ppm。本实施例制备的钥酸钠掺杂钥粉的金相组织如图1所示，由图1可知本实施 例制备的钥酸钠掺杂钥粉球化率高，尺寸均匀，产品一致性好，完全可以满足特殊成形方式 对粉末的要求。
[0032] 实施例2
[0033] 本实施例钥酸钠掺杂钥粉的制备方法包括以下步骤：
[0034] 步骤一、将聚丙烯酰胺加入去离子水中充分搅拌，直至聚丙烯酰胺完全溶解，得到 粘结剂；所述聚丙烯酰胺的加入量为每升去离子水中加入3g聚丙烯酰胺；
[0035] 步骤二、将钥粉和钥酸钠粉加入步骤一中所述粘结剂中混合均匀，得到浆料；所述 钥酸钠粉的加入量根据所要制备的钥酸钠掺杂钥粉中钠的质量百分含量换算得到；本实施 例中钥粉的加入量为每升粘结剂中加入2kg钥粉，本实施例所要制备的钥酸钠掺杂钥粉中 钠的质量百分含量为1%，由此换算出，钥酸钠粉的加入量为每升粘结剂中加入ll〇g钥酸 钠粉；
[0036] 步骤三、利用喷雾干燥塔对步骤二中所述浆料进行喷雾干燥处理，得到粒料；喷雾 干燥处理过程中控制喷雾干燥塔的进风口温度为200°C，出风口温度为110°C，控制喷雾干 燥塔中雾化器的转速为1. 〇X l〇4r/min ;
[0037] 步骤四、在氢气气氛的保护下，将步骤三中所述粒料在温度为700°C的条件下保温 1. 5h进行脱碳处理，自然冷却后得到钥酸钠掺杂钥粉。
[0038] 本实施例制备的钥酸钠掺杂钥粉中钠的质量百分含量实测为1%，碳的质量含量 不高于50ppm。本实施例制备的钥酸钠掺杂钥粉的金相组织如图2所示，由图2可知本实施 例制备的钥酸钠掺杂钥粉球化率高，尺寸均匀，产品一致性好，完全可以满足特殊成形方式 对粉末的要求。
[0039] 实施例3
[0040] 本实施例钥酸钠掺杂钥粉的制备方法包括以下步骤：
[0041] 步骤一、将聚丙烯酰胺加入去离子水中充分搅拌，直至聚丙烯酰胺完全溶解，得到 粘结剂；所述聚丙烯酰胺的加入量为每升去离子水中加入5g聚丙烯酰胺；
[0042] 步骤二、将钥粉和钥酸钠粉加入步骤一中所述粘结剂中混合均匀，得到浆料；所述 钥酸钠粉的加入量根据所要制备的钥酸钠掺杂钥粉中钠的质量百分含量换算得到；本实施 例中钥粉的加入量为每升粘结剂中加入4kg钥粉，本实施例所要制备的钥酸钠掺杂钥粉中 钠的质量百分含量为5%，由此换算出，钥酸钠粉的加入量为每升粘结剂中加入1356g钥酸 钠粉；
[0043] 步骤三、利用喷雾干燥塔对步骤二中所述浆料进行喷雾干燥处理，得到粒料；喷雾 干燥处理过程中控制喷雾干燥塔的进风口温度为240°C，出风口温度为150°C，控制喷雾干 燥塔中雾化器的转速为1. 3X 104r/min ;
[0044] 步骤四、在氢气气氛的保护下，将步骤三中所述粒料在温度为600°C的条件下保温 2. 5h进行脱碳处理，自然冷却后得到钥酸钠掺杂钥粉。
[0045] 本实施例制备的钥酸钠掺杂钥粉中钠的质量百分含量实测为5%，碳的质量含量 不高于50ppm。本实施例制备的钥酸钠掺杂钥粉的金相组织如图3所示，由图3可知本实施 例制备的钥酸钠掺杂钥粉球化率高，尺寸均匀，产品一致性好，完全可以满足特殊成形方式 对粉末的要求。
[0046] 为验证粘接剂类型对钥酸钠掺杂钥粉体系的影响，本发明分别将等量的聚丙烯酰 胺、羟丙基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙二醇和可溶性淀粉加入到去离子水中配制成不同种 类的粘结剂，各种粘结剂的性能对比见表1。
[0047] 表1各种粘结剂的性能对比
[0048] 粘结性粘结性物水溶性溶液是 黏度与钼酸钠水溶综合性 有机物 质的性状 难易 否潑清 大小 液是否相溶 能比较 聚丙烯白色结晶不易，潜清大，粘结 相容 价 酰胺 体 时间较长 Μ 性能好 ^ 白錄末巾' YU#不娜 劣 纤维素曰木易结团 澄清 性能差 士 羧甲基白色絮状 易 黄色，不小，粘结相溶性差， 纤维素 粉末 勒 澄清 性能差 易分层 士 聚乙一醇油性液体Iiaf澄清iMS I ' 劣 聚乙一知y由「生展体搅拌 歷膺结性能差 易分层 劣 可溶性g 暖白色，不小，粘结相溶性差， 少 I鎌丨白色物末丨易，7弗腾丨g清丨性能差I易分层I ★ I
[0049] 从表1可以看出，从溶液颜色、与钥酸钠水溶液是否相溶、黏度大小等综合性能 看，在五种粘结性物质中，聚丙烯酰胺用于本发明钥酸钠掺杂钥粉体系，其综合性能最佳， 因此本发明最终选定聚丙烯酰胺为粘结剂，并且从使用量上来看，达到同样粘度所需添加 量最少，这对于造粒后脱除有机物中的碳是很有利的。
[0050] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技 术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案 的保护范围内。
【权利要求】
1. 一种钥酸钠掺杂钥粉的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤： 步骤一、将聚丙烯酰胺加入去离子水中充分搅拌，直至聚丙烯酰胺完全溶解，得到粘结 齐|J ;所述聚丙烯酰胺的加入量为每升去离子水中加入3g?5g聚丙烯酰胺； 步骤二、将钥粉和钥酸钠粉加入步骤一中所述粘结剂中混合均匀，得到浆料；所述钥粉 的加入量为每升粘结剂中加入2kg?4kg钥粉，所述钥酸钠粉的加入量根据所要制备的钥 酸钠掺杂钥粉中钠的质量百分含量换算得到； 步骤三、利用喷雾干燥塔对步骤二中所述浆料进行喷雾干燥处理，得到粒料； 步骤四、在氢气气氛的保护下，将步骤三中所述粒料在温度为600°C?700°C的条件下 保温1. 5h?2. 5h进行脱碳处理，自然冷却后得到钥酸钠掺杂钥粉；所述钥酸钠掺杂钥粉中 钠的质量百分含量为1 %?5%，碳的质量含量不高于50ppm。
2. 根据权利要求1所述的一种钥酸钠掺杂钥粉的制备方法，其特征在于，步骤三中所 述喷雾干燥处理的具体工艺参数为：喷雾干燥塔的进风口温度为200°C?240°C，出风口温 度为110°C?150°C，喷雾干燥塔中雾化器的转速为1.0X10 4r/min?1.3X104r/min。
3. 根据权利要求2所述的一种钥酸钠掺杂钥粉的制备方法，其特征在于，喷雾干燥塔 的进风口温度为220°C，出风口温度为130°C，喷雾干燥塔中雾化器的转速为1. lX104r/ min〇
【文档编号】B22F9/26GK104117685SQ201410369881
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月30日 优先权日:2014年7月30日
【发明者】朱琦, 王娜, 王林, 陈强 申请人:金堆城钼业股份有限公司