[发明专利]金属粉末和合金的制造和应用

说明书

优先权

本申请要求2011年5月16日提交的共同拥有、同时待审中的美国临时申请序列号61/486,419的优先权，其公开内容通过引用并入本文。

发明领域

本申请涉及金属粉末生产和这些金属粉末的应用。

背景技术

金属粉末在多种应用中具有效用。但是，充分利用这些粉末的能力可能被限制，当它们的表面以氧化物膜涂层时(和当其它气体在颗粒表面存在时，或者在颗粒的主体内时)。具体地，由于粉末中存在的氧含量和其对于金属烧结与其它特征的影响，利用金属粉末的应用可能被限制。

发明内容

在本发明中，描述制造的方法，其使用金属卤化物、或金属卤化物的混合物的液相还原生产金属颗粒，被作为反应副产物产生的盐涂布。可以选择反应条件以选择一系列金属颗粒尺寸，且盐涂层阻止了氧化(或者与其它空气气体的反应)，和允许迄今使用金属粉末难于实现的一系列应用。具体地，该方法旨在在低温操作，和由此最大化产生的金属粉末的表面积，通过安排一种或多种金属卤化物相对于还原剂是化学计量过量的。以这种方式，反应终止，没有剩下的还原剂污染反应产物。

在下文中，应该理解“金属”指至少一种金属元素和潜在地多于一种金属元素，而“金属卤化物”指至少一种金属卤化物和潜在地多于一种有区别的金属卤化物。而且，“还原剂”指在其中金属卤化物被还原为金属粉末的还原介质。

本发明涉及金属粉末的生产和一系列使用中的它们的应用，对于其生产方法是便利的，并且也是经济上有利的。

本发明的一种优选的方法包括以下步骤：

(a)将作为液态或蒸汽的还原剂引入到含有一种或多种液态金属卤化物的反应堆容器中。还原剂优选地为碱金属或碱土金属，和更优选地为碱金属，最优先地为金属钠，使得还原剂对于一种或多种金属卤化物总是化学计量不足的；

(b)使得反应产物(金属和一种或多种还原剂卤化物的混合物)从反应堆容器中分离。

因此产生的金属是以包囊在一种或多种盐中的金属粉末的形式。根据心中的应用，金属粉末可以从一种/多种盐中分离，或其它地可以被进一步处理，同时包囊在一种/多种盐中。

本发明的一个实施方式是通过在碱金属或碱土金属中的液相金属卤化物的熔融金属还原来还原至少一种金属卤化物的混合物的方法，其中至少一种金属卤化物相对于熔融金属还原剂是化学计量过量的。在某些优选的实施方式中，至少一种金属卤化物混合物是金属氯化物的混合物和还原剂是金属钠。在某些实施方式中，熔融金属还原剂是NaK。

在某些实施方式中个，该方法的反应产物包括至少一种金属混合物、盐涂层和至多5%金属钠。在某些实施方式中，反应产物包括至少一种金属混合物、盐涂层和至多1%金属钠。

在某些实施方式中，本发明的反应产物可以用于形成粉末冶金组件。在某些实施方式中，本发明的反应产物可以用于形成阳极。在某些实施方式中，本发明的反应产物可以用于形成电容器。在某些实施方式中，本发明的反应产物可以用于形成金属片、涂层或圆片。在某些实施方式中，本发明的反应产物可以用于形成溅射靶。在某些实施方式中，本发明的反应产物可以用于形成多孔金属元件。

本发明的技术领域人员应该意识到关于本发明的任何具体方面和/或实施方式在此描述的任一特征可以与在此描述的本发明的任一的其它特征或任何其它方面和/或实施方式组合，酌情修改以确保组合的相容性。这种组合被认为是通过本公开内容考虑的本发明的一部分。

应该理解前述总的描述和以下详细描述仅是示例性和说明性，而不是限制要求保护的发明。根据在此公开的本发明的说明书和实践，其它实施方式对于本领域技术人员将是显而易见的。

具体实施方式

如上述，液态金属还原剂可以作为液体注射进入化学计量过量的熔融金属卤化物中，且在那里还原金属卤化物为金属，作为涂布在还原剂卤化物中的颗粒。金属颗粒的典型大小是反应的温度、试剂的流速和金属扩散特征的函数。通过反应条件的仔细控制，一个人可以选择一系列典型的金属颗粒尺寸。金属表面积与颗粒尺寸相关，且金属颗粒的表面积确定商业应用中多个重要的金属物理特征。

金属颗粒的元素组成可以通过选择金属卤化物的比例和在注射进入还原剂之前混合它们进行选择。以这种方式可以生产宽范围的金属合金。

反应产生卤化物盐中涂布的金属粉末，与存在的过量金属卤化物一起。金属卤化物可以通过升华或其它方式去除，和反应产物可以从反应器中去除用于进一步加工。