Thermodynamics for chemical vapor synthesis of Nb nanopowder in NbCl_5-H_2-Ar system  

NbCl_5-H_2-Ar体系化学气相合成纳米Nb粉的热力学(英文)

作　　者：朱骏[1] 黄凯[1] 侯军刚[1] 朱鸿民[1] 

机构地区：[1]北京科技大学冶金与生态工程学院,稀贵金属绿色回收与提取北京市重点实验室,北京100083

出　　处：《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》2014年第12期3987-3993,共7页中国有色金属学报（英文版）

基　　金：Project(51102015)supported by the National Natural Science Foundation of China

摘　　要：Thermodynamics for chemical vapor synthesis （CVS） of Nb nanopowder in NbCl5-H2-Ar system was investigated by using FactSage software. The validation experiments were conducted to confirm the thermodynamics points. The results indicate that under the atmospheric pressure, the reduction approach from NbCl5（g） to Nb（s） is a stage-wise process with the formation of complex sub-chlorides, and is controllable at low hydrogen ratio （mole ratio of n（NbCl5）：n（H2）＆lt;1：180） and low temperature （＆lt;1050 ＆#176;C）. Furthermore, a reasonable amount of inert loading gas is favorable to increase the reduction ratio of NbCl5 and the powder yield. The as-synthesized Nb nanopowder with the homogeneous size of 30-50 nm and the powder yield of 85% （mass fraction） is obtained by the CVS process under n（NbCl5）：n（H2）：n（Ar）=1：120：1 and 950 ＆#176;C with the NbCl5 reduction rate of 96.1%.采用Fact Sage软件,对NbC l5-H2-Ar体系化学气相合成纳米金属Nb粉的热力学进行研究并对热力学研究结果进行实验验证。结果表明：在标准大气压下,NbC l5（g）被氢气还原为Nb（s）是一个多步骤反应过程,其间产生大量中间产物（低价氯化物）;该反应过程可控制在较低氢气比率（n（NbC l5）：n（H2）〈1：180）和较低温度（〈1050℃）下完全进行;适量的惰性载流气体可同时提高NbC l5转化率和粉末收得率。根据热力学计算得到的合成条件为n（NbC l5）：n（H2）：n（Ar）=1：120：1以及950℃,实验成功制得平均粒径为30-50 nm且粒度分布均匀的纳米金属Nb粉,相应的NbCl5转化率达到96.1%,粉末收得率为85%。

关 键 词：NbCl5-H2-Ar system chemical vapor synthesis （CVS） thermodynamic niobium nanopowder FactSage software 

分 类 号：TB383.1[一般工业技术—材料科学与工程]