一种纳米材料中间体的制备方法 【技术领域】
本发明涉及一种纳米材料中间体的新的制备方法，更确切地说本发明涉及一种氢化学反应法(简称氢化法)制备纳米材料的中间体。这种方法可以生产与氢反应的金属单质(如Ti、V等)和合金(如TiMn基、Zr基、稀土系合金等)的纳米材料的中间体，该方法操作简单、生产效率高、安全、节能、高效、对材料无污染，属于纳米材料制备领域。背景技术
目前制备纳米材料的各种方法中，高能球磨法由于其设备简单、易操作受到人们的重视。高能球磨法制备纳米材料是利用球磨机的转动或振动使硬球对原料进行强烈的撞击、研磨和搅拌，从而把金属或合金粉碎为纳米级微粒的方法。高能球磨法制备纳米材料的原料一般为微米级的粉体或小尺寸条带[Shin P H，Huang B，Nishitani S R，et al.，Suppl.Trans.Japan Inst.Metals，29，3(1988)]。微米级的粉体或小尺寸条带通常称为制备纳米粉体地中间体，中间体的常用制备方法为普通球磨法或其他的机械方法，该类加工方法存在耗能高、噪音大、生产效率低、工作环境恶劣，且不易制备高硬度合金的缺点。为了制备高硬度合金的微粒，不得不延长球磨时间，采用高硬度球磨用小球(如玛瑙、硬质合金球等)等，这也使合金的加工成本增加，生产效率降低，而且加工过程中由于与其他物质的接触，也容易使合金受到污染。
为了降低合金的加工成本，改善工作环境、提高生产效率，人们正努力寻找其它方法制备纳米材料中间体，但目前极少有这方面的报道。发明内容
本发明采用氢化学反应法简称氢化法制备纳米材料的中间体，氢化法是指金属单质或合金直接与氢气发生反应，生成金属氢化物，在金属氢化物的生成过程中金属的晶格发生膨胀，而在氢化物的分解过程中膨胀的晶格发生收缩，金属单质或合金与氢在经过多次氢化物的形成与分解反应后，大块的金属单质或合金即粉碎成直径为微米级的纳米中间体合金颗粒。由于金属单质或合金直接与氢气反应，避免了合金与空气的接触，从而减少了氧化或其他污染，有利于保持合金的纯度和活性，可以为纳米材料的生产提供高质量的原料。
本方法适用于制备可以与氢发生反应的金属单质或合金的微米颗粒材料。制备过程中氢与金属单质如Ti、V等或合金如TiMn基合金、Zr基合金、稀土系合金等反应，利用氢进入合金内部降低合金原子间的作用力，同时使合金的原子晶格膨胀，使合金块体粉碎，而放出氢的过程中，合金的晶格收缩，经过几次吸氢和放氢反应，晶格经过反复膨胀收缩，即可使金属单质或合金粉碎成为微米级合金颗粒。
合金的制备过程如下：
1.将金属单质或合金装入密闭容器，容器一般为不锈钢材料制成。容器的大小可根据实际需要进行加工，容器上应留有氢气进出容器和接真空系统的通道
2.材料装入容器后，首先开启真空系统将容器内部抽真空，并将容器加热到80℃以上，但一般不超过300℃，真空度达到0.001Pa后应保持15～120分钟。
3.关闭真空系统，通入压力为4～6MPa的氢气，并保持1～3小时。金属单质或合金首次与氢反应时应达到无氧气等杂质气体，然后将系统温度可以降到室温，然后关闭氢气系统。
4.开启真空体系中排气系统中的氢气阀门，并将容器加热到80～100℃之间，使生成的金属氢化物分解放氢，容器内压力达到1000Pa时关闭真空系统。
5.将步骤3和4重复4～8次之后，金属单质或合金转变为微米级粉体；从第二次循环开始，吸氢过程不需再加热。最后将容器在氩气保护的环境中打开，将粉体包装或直接送入纳米制备设备中。
本发明的氢化法制备纳米颗粒中间体的具体工艺流程见附图1。
本发明的优点在于金属单质或合金直接与氢气发生反应，反应在密闭容器中进行，避免了和空气等其它物质的接触，有利于保持金属的纯度，同时金属与氢反应生成氢化物不影响后续的加工，不会给后面的工序造成不必要的麻烦。附图说明
图1本发明提供的氢化法制备纳米颗粒中间体的工艺流程。
图2TiMn0.75在经过5次吸放氢循环后所测粒径分布图。
图3ZrV0.2Fe1.8经过四次循环后合金的粒径分布。
图4MlNi3.5Fe0.5Mn1.0经过六次循环后合金的粒径分布。具体实施方式
本发明提供的氢化法制备纳米中间体其实质性特点和显著的进步可以从下面的实施例进一步予以证实，但本发明决非仅限于实施例。
实施例1
TiMn0.75块状合金装入密闭容器，合金的直径大小一般不超过球磨小球直径，抽真空并加热到100℃，真空度达0.001Pa，保持1小时后通入压力为4MPa的氢气，保持2小时后，使合金自然冷却到室温，然后将合金加热到85℃放氢，吸放氢反复5次，从第二次开始，合金吸氢过程不需再加热，放氢仍需加热到85℃以上，以使大部分氢能从合金中放出，在经过5次循环后的粒径分布见附图2。粒径分布的平均值为36.70um。
实施例2
ZrV0.2Fe1.8块状合金装入密闭容器，抽真空并加热到80℃，1小时后通入压力为4.5MPa的氢气，保持1.5小时后，自然冷却到室温，然后将合金加热放氢，合金的吸放氢条件同实施例1。经过四次循环后合金的粒径分布见附图3。粒径分布的平均值为26.42um。
实施例3
MlNi3.5Fe0.5Mn1.0块状合金装入密闭容器，抽真空并加热到100℃，30min后通入压力为5.0MPa的氢气，保持1.5小时后，自然冷却到室温，然后将合金加热放氢，合金的吸放氢条件同实施例一。经过六次循环后合金的粒径分布见附图4。粒径分布的平均值为19.26um。