专利名称：：草酸钴粉末及其用于制造具有优良冷压和烧结性质的Co粉末的用途的制作方法
技术领域：
：本发明涉及具有特定针状度比值(acicularityratio)、费氏尺寸(Fishersize)和比表面积的草酸钴粉末，它的用途，以及获得该粉末的方法。所述草酸盐粉末证明是获得如下Co粉末的主要要素，所述Co粉末具有用于冷压(coldcompaction)和烧结应用、更具体地用于金刚石工具应用所需的形态以及尺寸。
技术领域：
Co粉末形态和尺寸随着生产方法的变化在EP0770693中公开。依据粉末的应用，引入形态和尺寸的这些差异。这也示于用于磁性粒子的US3574685中，以及用于铁粉的US6464750中，该铁粉适合于用于加热热电堆用组合物。制造Co粉末的一种优选的方法是通过热还原草酸钴。目前出售的是由草酸钴获得的得自儿个供应商的钴粉末，但由于粉末形态和尺寸变化大，所以冷压和烧结性质显著变化，常常导致金刚石工具粘合剂材料质量差。本发明的目的是提供特制的Co草酸盐粉末，其在热还原之后得到具有优良冷压和烧结性能的Co粉末。
发明内容本发明提供具有针状形态的草酸钴粉末，其具有320的平均针状度比值(长度/直径)，其特征在于所述粉末具有用费氏亚筛级粉末粒度测定仪(FisherSubSieveSizer)测量的1.75iim的平均粒度，以及具有根据BET测量的412m2/g的比表面积。优选地，所述草酸盐粉末具有用费氏亚筛级粉末粒度测定仪测量的1.72.5ym，更优选2.02.3iim的平均粒度。此外，优选所述粉末具有根据BET测量的710m2/g的比表面积。甚至更优选具有0.250.30g/cm3的表观密度的粉末。在应用公知的热还原步骤后，根据本发明的草酸钴粉末提供具有用于金刚石工具应用所需的形态和尺寸的钴粉末。本发明还公开了前述草酸钴粉末的制造方法，其包括下列步骤-提供含钴的盐酸盐、硝酸盐、硫酸盐或者乙酸盐的水溶液，-使该水溶液与含草酸根离子的溶液反应，从而获得包含沉淀的草酸钴粉末的浆料，以及-分离沉淀的草酸钴粉末，其特征在于所述水溶液的温度等于或低于含草酸根离子的溶液的温度，以及在于所述浆料经受通过0.15W小时/kg的搅拌提供的特定机械能。优选地，所述浆料经受至少0.1W/kg的搅拌功率至少一个小时。此外，优选所述浆料不经受大于5W/kg的搅拌功率。在一个实施方式中，在前述方法中，所述水溶液是浓度为24molCo/1的氯化钴溶液，所述草酸根离子溶液包含草酸的二水合物配合物，其浓度为0.21.5molH2C204*2H20/1。在另一个实施方式中，所述水溶液和所述含草酸根离子的溶液都具有103(TC的温度。通常在接近环境温度的温度，即约2(TC下进行沉淀。根据本发明，获得具有所需形态和尺寸的钴粉末的主要要素是调整草酸钴前体的形态和尺寸。调整草酸钴粉末的形态和尺寸的方法由下列步骤组成提供盐酸盐、硝酸盐、硫酸盐或乙酸盐钴盐的水溶液；使所述溶液与草酸根离子反应，其中所述钴溶液的温度等于或低于所述草酸根离子溶液的温度，从而沉淀草酸钴粉末。在其自身沉淀之后，草酸钴另外经受一系列操作搅拌、分离、洗涤、干燥和可能的筛分。沉淀之后，优选存在具有至少1小时的搅拌时间，搅拌功率为至少0.1W/kg。所需的搅拌能量确保将片状或连接的草酸盐粒子破碎为细小的针状粒子。因此草酸钴在尺寸上变得更均匀。优选搅拌功率应该限于5W/kg，因为当针状物过于细小时，草酸盐沉淀物的分离变得过于困难。将获得的沉淀物通过任何已知的液固分离操作，如通过过滤进行分离(或离析)。然后通常将所述沉淀物例如用去离子水洗涤；例如通过喷雾干燥进行干燥；及经受能够选择所需尺寸的筛分操作。本发明还要求前面提及的草酸钴粉末在通过热分解和还原所述草酸钴粉末制造如下钴粉末中的用途的权利，所述钴粉末具有用费氏亚筛级粉末粒度测定仪测量的0.801.80iim，优选1.401.55iim的平均粒度。优选所述钴粉末在冷压压力为150MPa的情况下，在磨耗试验中具有小于1%磨耗值(Rattlervalue)的生坯强度。应该提及的是US6464750声明了就针状度比值和长度而言草酸盐形状的重要性。然而，该文献不包括关于费氏尺寸和比表面积的规格，也未教导获得用于金刚石工具应用的钴粉末所需的草酸盐性质，因为其关注的是制备铁粉末。所公开的方法也未提及混合在一起的溶液的温度以及干燥之前搅拌能量的量的重要性。根据本发明的草酸盐粉末在还原之后能够得到细长形态的钴粉末，该钴粉末具有用于金刚石工具应用所需的性质。具有更加似片状形态的草酸盐前体给出较不适合于这些烧结应用的钴粉末。由具有以上给出规格的草酸钴制成的钴粉末在金刚石工具应用中表现更好的原因尚未完全知晓。据信所述钴粒子在热压期间特定的晶粒生长性能导致了金刚石保持和易切削性能的更好组合，已知对于金刚石工具性能必要的特征。用已知的热还原步骤，通过在450°C65(TC的温度下用气态氢处理，完成草酸钴向钴粉末的转变。对于该还原处理的温度和时间的选择取决于所需的钴粉末粒度。在还原步骤过程中参数的变化不会影响所获得的Co粉末的其它特征，因此所述其它特征直接取决于草酸钴的粉末特征。具体实施例方式通过下列实施例说明本发明。实施例1:粉末合成la)草酸钴粉末的合成将1升含180g/lCo或3mol/lCo的CoCl2溶液加入到6升含65g/l或0.5mol/1的H2C2042H20的在去离子H20中的草酸溶液中。两种溶液都为20°C，并在室温下进行沉淀。在9.4升容器中，利用以每分钟1000转旋转的螺旋带搅拌机，将沉淀物搅拌90分钟，给定的搅拌功率为0.29瓦/kg。比搅拌能量是0.45W'小时/kg。过滤之后，将沉淀物用去4离子水洗涤并干燥。由此获得的草酸盐(用样品A表示)的物理性质示于表1中。表1:所获得的草酸钴的物理性质样品A表观密度振实密度0.27g/cm30.50g/cm3费氏sss2.1lim比表面积，BET8.2m2/gdlO，激光衍射0.7umd50，激光衍射2.2践d90，激光衍射7.5md99，激光衍射20.Oilmlb)钴粉末的合成将草酸钴(得自la)在50(TC下于H210/N290气氛中经历还原10小时。所得到的钴粉末的物理性质示于表2中。表2:得自样品A的钴粉末的物理性质<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>lc)所获得的Co粉末的冷压性能在磨耗试验中，将在不同的压实压力下压縮的高度10mm和直径10mm的生坯件放入由lmm2的细丝网制成的旋转筒内。12分钟内的1200次旋转之后，测定相对重量损失，或者"磨耗值"。两种不同冷压压力的结果示于表3中。较低的磨耗值表示较高的生坯强度。小于20%的磨耗值表示良好的压实性能，而低于10%的磨耗值表示非常好的压实性能。因为所获得的磨耗值低于1%，所以获得极好的冷压性质。表3:所获得的Co粉末的磨耗值<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>Id)所获得的Co粉末的烧结性能在石墨模具中，在35MPa压力下，于650、700、800、850或者95(TC下烧结Co粉末3分钟。测量所有烧结片的密度和维氏硬度。结果在下表4中给出，并且表明在烧结之后获得了良好的机械性质。表4:烧结后的Co粉末的机械性质<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>实施例2:起始溶液温鹿的影响根据实施例1处理草酸钴，但是如表5所示改变待混合溶液的温度。由在沉降过程中20g沉淀的草酸盐所占据的体积判断粒度和形态。这在10分钟后和25分钟后作记录。如果沉降较快(草酸盐占据较小的体积)，则认为粉末较粗糙。这通过显微分析得到证实。发现当CoCl2溶液的温度等于或低于草酸溶液的温度时，形成最细小的草酸盐针状物。表5:溶液温度改变的草酸盐沉淀<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>根据实施例1处理草酸钴，但是沉淀之后的搅拌功率限于0.29W/kg，进行10分钟，对应的比搅拌能量仅为0.05W*小时/kg。实施例3中制得的草酸钴，样品C的形态示于图3中。草酸盐针状物仍然牢固地连接，偶然看上去更像片状，其在还原后没有给出所需的钴粉末形状。通过费氏测定的平均粒径是6.46.9iim。图！样品A的扫描电子显微镜图像，其显示了具有根据本发明的形态和尺寸的草酸钴粉末。图2:样品B的扫描电子显微镜图像，其显示了具有本发明权利要求之外的形态和尺寸的草酸钴粉末。图3:样品C的扫描电子显微镜图像，其显示了具有本发明权利要求之外的形态和尺寸的草酸钴粉末。权利要求一种具有针状形态的草酸钴粉末，其具有3～20的平均针状度比值，其特征在于所述粉末具有用费氏亚筛级粉末粒度测定仪测量的1.7～5μm的平均粒度，以及具有根据BET测量的4～12m2/g的比表面积。2.根据权利要求1所述的草酸钴粉末，其特征在于所述粉末具有用费氏亚筛级粉末粒度测定仪测量的1.72.5iim，优选2.02.3iim的平均粒度。3.根据权利要求1或2所述的草酸钴粉末，其特征在于所述粉末具有根据BET测量的710m7g的比表面积。4.根据权利要求1至3中任一项所述的草酸钴粉末，其特征在于所述粉末具有O.250.30g/cm3的表观密度。5.制造根据权利要求1至4中任一项所述的草酸钴粉末的方法，其包括下列步骤_提供含钴的盐酸盐、硝酸盐、硫酸盐或者乙酸盐的水溶液，_使所述水溶液与含草酸根离子的溶液反应，从而获得包含沉淀的草酸钴粉末的浆料，以及_分离所述沉淀的草酸钴粉末，其特征在于所述水溶液的温度等于或低于所述含草酸根离子的溶液的温度，以及在于所述浆料经受0.15W小时/kg的比搅拌能量。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述浆料经受至少0.1W/kg的搅拌功率。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述浆料经受小于5W/kg的搅拌功率。8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其中所述水溶液是浓度为24molCo/1的氯化钴溶液，和所述草酸根离子溶液包含草酸的二水合物配合物，其浓度为0.21.5molH2C2042H20/1。9.根据权利要求5至8中任一项所述的方法，其特征在于所述水溶液和所述含草酸根离子的溶液都具有103(TC的温度。10.根据权利要求1至4中任一项所述的草酸钴粉末在制造如下钴粉末中的用途，所述钴粉末具有用费氏亚筛级粉末粒度测定仪测量的0.801.80iim，优选1.401.55iim的平均粒度，所述钴粉末是通过热分解和还原所述草酸钴粉末制造的。11.根据权利要求10所述的用途，其中所述钴粉末在冷压压力为150MPa的情况下，在磨耗试验中具有小于1%磨耗值的生坯强度。全文摘要本发明提供草酸钴粉末及其用于制造具有优良冷压和烧结性质的Co粉末的用途，具体地，本发明提供平均针状度比值(长度/直径)为3～20的针状形态的草酸钴粉末，其特征在于所述粉末具有用费氏亚筛级粉末粒度测定仪测量的1.7～5μm的平均粒度，以及根据BET测量的4～12的比表面积，所述草酸钴粉末通过如下方式获得从钴溶液和草酸根离子源沉淀，其中所述钴溶液的温度等于或低于所述草酸根离子溶液的温度，随后用至少0.1W/kg的能量搅拌至少1小时。通过草酸钴的热还原获得的Co粉末具有形成高性能金刚石工具的优良冷压和烧结性能。文档编号C07C51/41GK101781186SQ20091012616公开日2010年7月21日申请日期2009年3月5日优先权日2009年1月21日发明者安佳·瑟尔纳尔斯申请人:尤米科尔公司