阴极旋转式电解机的设计及制备纳米铜粉

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1、doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2013.08.017阴极旋转式电解机的设计及制备纳米铜粉谷晴晴，李成威，陈兰，王飞飞，马壮，陈雪婷，姚丹（辽宁科技大学材料与冶金学院，辽宁鞍山114051）摘要：设计了一种制备微细金属粉末的阴极旋转式电解机。该电解机的阴极板可以旋转并且转速可调。通过控制适当的工艺参数，可以制备粒度20~50nm、形态近球形的铜纳米粉末。关键词：旋转阴极；超细粉末；电解制粉中图分类号：TF123.1+3文献标志码：A文章编号：1007-7545（2013）08-0000-00DesignofRotatingCathodeElectrol

2、yzerandPreparationofCopperNanometerPowderGUQing-qing,LICheng-wei,CHENLan,WANGFei-fei,MAZhuang,CHENXue-ting,YAODan(SchoolofMaterialsandMetallurgy,LiaoningUniversityofScienceandTechnology,Anshan114051,Liaoning,China)Abstract:Anelectrolyticmachinewithrotatingcathodeplateandadjustablerotatespeed

3、topreparesuperfinemetalpowderswasdesigned.Thecoppernanometerpowderwithsizeof20~50nminnearlysphericalformwaspreparedwithappropriatetechnologicalparametersundercontrol.Keywords:rotatingcathode;superfinepowder;electrolyticpowderprocessing微细金属粉末作为一种新兴材料，受到人们广泛的关注，并产生了许多制备方法，每种方法都有明显的优缺点。电解法制备的粉末

4、纯度高、压制性能好、粒度容易控制，可以得到其它方法难以制备的微细金属粉末，更适用于制备电负性大的金属粉末，也是最有希望实现产业化的方法之一。在常规电解生产中，需要周期性地刮粉，从而降低了生产效率，同时金属粉末会在阴极板上不断长大，难以制得微细粉末。为了得到微细金属粉末，人们对电解法制备微细粉末进行了一些研究，包括对电解设备和工艺进行设计[1-5]，也有的加入超声波和添加剂[6-8]。制得的粉末粒度达到了纳米级，取得了良好的效果。但电解法仍处在研制阶段，要实现规模化生产还需要做更多的工作。本文设计了一种阴极旋转动态电解设备，并以纳米级铜粉的制备为例，对工艺参数进行优化。1电解机的

5、设计自行设计的阴极旋转动态电解机如图1所示。1-粉液分离槽；2-耐酸泵；3-高位槽；4-电解槽；5-阴极板；6-阳极筐；7-支架；8-陶瓷密封轴承；9-集电器；10-联轴器；11-调速减速电机；12-导电主轴；13-刮粉刷图1电解装置示意图Fig.1Schematicdiagramofelectrolyzer收稿日期：2013-01-27作者简介：谷晴晴(1990-)，女，安徽人，硕士研究生；通信作者：李成威(1966-)，男，辽宁人，教授.阴极板为一组串联结构的不锈钢板制成，等距离地固定在导电主轴上。导电主轴由不锈钢材料制备，外部涂覆耐酸绝缘材料，两端由耐酸密封陶瓷轴承支撑。

6、导电主轴一端与集电器连接，可以实现阴极动态导电过程，顶端与绝缘联轴器连接，由调速电机提供驱动力，带动阴极组板一起旋转，其转速可以调节。在每块阴极板两侧有固定在电解槽上、用工程塑料制备的滚动刮粉刷，及时将生成的粉体刮掉。在每相邻的阴极板中间有一个工程塑料制备的阳极筐，筐内衬装耐酸滤布。电解时直接把铜屑放进阳极筐，经石墨电极与导线相连。电解后的粉液混合物由电解槽下部的放水阀门排出并进入粉液分离槽。分离的铜粉再经洗涤、真空干燥、还原。分离后的电解液经耐酸泵进入高位槽返回电解槽循环使用。该阴极旋转动态电解设备保留了常规电解法制备粉末的优点，解决了常规电解生产中需要周期性刮粉的缺点，提高

7、了生产效率、可以制得微细粉体。并具有以下特点：1)阴极板采用多组串联布置，具有结构紧凑、节约空间优点。在很小的电解槽内可以获得比较大的阴极面积，更适合于规模化生产的要求。2)阴极筐设计为可移动式，内衬耐酸滤布，可以使用细小块粒材料如铜米、车屑等为原料，这样不仅降低了对阳极材料的要求，还可以扩大接触面积，有利于电解的进行。耐酸滤布保证了碎屑不会落入电解液中。3)电解槽内衬采用高分子材料制成，降低制造成本，满足了耐酸、绝缘的工艺技术要求。2纳米铜粉的制备2.1试验原料与设备以电解铜粉为研究对象，