Способ изготовления материала на основе фторида лантана и щелочноземельных металлов

 

Использование: в электротехнической и оптической промышленности. Сущность изобретения: осаждение фторидов лантана и щелочно-земельных металлов фтористоводородной кислотой из растворов солей соответствующих металлов. Осаждение проводят в присутствии углекислого аммония в кислой или нейтральной среде с выдержкой осадка фторидов в течение 48-56 часов. Осадок обрабатывают 2% раствором фтористоводородной кислоты и высушивают при температуре 120-140^oC. Полученный порошок в количестве 40-60% по объему перекристаллизовывают, затем смешивают с неперекристаллизованным, после чего смесь прессуют либо перекристаллизованный порошок напыляют на подложку.

Изобретение относится к технологии изготовления материалов на основе фторидов металлов и может быть использовано в электротехнической и оптической промышленности, в частности, для изготовления ионопроводящих мембран и оптически прозрачных материалов.

Практический интерес представляют материалы на основе фторида лантана, а также смешанных фторидов лантана и щелочно-земельных металлов.

Известна технология изготовления материалов на основе фторидов лантана, полученных из соответствующих монокристаллов [1] Известна технология изготовления материалов на основе смешанных фторидов лантана и щелочно-земельных металлов с использованием гидротермального метода синтеза [2] Однако эти технологии являются дорогостоящими, требуют сложного технологического оборудования и больших затрат.

Общепринятая технология изготовления материалов на основе фторидов лантана и щелочно-земельных металлов включает осаждение фторидов металлов II и III групп периодической системы элементов из водных растворов их солей [3] с последующим горячим прессованием.

Однако такая технология не обеспечивает получение материала с требуемыми физико-химическими характеристиками.

Описанный в [3] способ изготовления материалов является наиболее близким к заявляемому способу и принят за прототип.

Сущность предлагаемого авторами способа изготовления материалов на основе фторида лантана, а также смешанных фторидов лантана и щелочно-земельного металла состоит в следующем.

Изготовление материалов на основе фторида лантана или смешанных фторидов лантана и щелочно-земельного металла проводят осаждением указанных фторидов фтористоводородной кислотой из растворов соответствующих металлов в присутствии углекислого аммония в кислой или нейтральной среде с выдержкой осадка фторидов в течение 48-56 часов. Полученный осадок обрабатывают 2% раствором фтористоводородной кислоты и высушивают при температуре 120- -140^oС. Полученный порошок в количестве 40-60% от объема перекристаллизовывают, затем смешивают с неперекристаллизованной частью, после чего смесь прессуют либо перекристаллизованный порошок напыляют на подложку.

Предлагаемый способ позволяет получать материалы на основе фторидов лантана и щелочно-земельных металлов нового качества, а именно материалы с высокими физико-химическими характеристиками, изготовленные по упрощенной технологии с низкими энергетическими и временными затратами.

Сущность данного способа поясняется примерами.

Пример 1. В раствор фтористоводородной кислоты (1000 мл, 22% раствор) вводят одновременно смесь растворов азотнокислого лантана (3500 мл, 1,2 М раствор) с азотнокислым стронцием (210 мл, 1М раствор) и раствор углекислого аммония (4500 мл, 2 М раствор), затем доводят рН образовавшейся суспензии до нейтрального или слабокислого (3-7). После выдержки в течение 48 час осадок отмывают дистиллированной водой, обрабатывают 2% раствором фтористоводородной кислоты, отжимают и сушат при температуре 120^oС.

Часть полученного порошка в количестве 40% по объему смешивают с хлоридом калия и перекристаллизовывают при температуре 900^oС в течение 3 час. Полученный королек обрабатывают дистиллированной водой до получения однородного порошка, отмывают дистиллированной водой, обрабатывают 2% раствором фтористоводородной кислоты, отжимают и сушат при температуре 120^oC.

Перекристаллизованный порошок напыляют на подложку в атмосфере аргона, полученная пленка толщиной ~ 5μm используется в сенсорных элементах, чувствительных к кислороду, со временем отклика (90% ) при комнатной температуре, равным 30 сек, что на порядок меньше времени отклика сенсорного элемента с использованием монокристалла фторида лантана.

Перекристаллизованный порошок смешивают с неперекристаллизованным, полученную смесь прессуют при температуре 900^oC и давлении 320 МПа.

Полученный керамический материал после механической обработки используют в изделиях в качестве ионопроводящих мембран или оптически прозрачных материалов.

Основные характеристики полученного керамического материала: плотность 5,89 г/см³ микротвердость 380 кгс/мм² суммарный объем пор 2% содержание водорастворимой фазы в перерасчете на фтор-ион 5·10^-5мг/мм² растворимость в концентрированных растворах неорганических кислот -/H₂SO₄, HNO₃, H₃PO₄ /- в пересчете на фтор-ион 7·10^-5мг/мм² удельная электропроводность 1·10^-4Ом^-1см^-1 оптическая прозрачность в области 1-12 мкм приближается к таковой для образцов оптически прозрачного фторида кальция.

Пример 2. В раствор фтористоводородной кислоты (1000 мл, 22% раствор) вводят одновременно смесь растворов азотнокислого лантана (3500 мл, 1,2 М раствор) с азотнокислым кальцием (15 мл, 1 М раствор) и раствор углекислого аммония (4000 мл, 2 М раствор), затем доводят рН образовавшейся суспензии до нейтрального или слабокислого (3-7).

Обработка осадка и дальнейшие операции с ним делаются в соответствии с примером 1 со следующим режимом:
выдержка осадка в течение 52 час
сушка при температуре 130^oС
перекристаллизация 60% от объема полученного порошка с хлоридом калия при температуре 1000^oC в течение 2,5 час
сушка перекристаллизованного порошка при температуре 130^oC
прессование перекристаллизованного порошка с неперекристаллизованным при температуре 1000^oC и давлении 280 МПа
Основные характеристики полученного керамического материала:
плотность 5,87 г/см³
микротвердость 360 кгс/мм²
суммарный объем пор 2,5
содержание водорастворимой фазы в пересчете на фторион 3·10^-5 мг/мм²
растворимость в концентрированных растворах неорганических кислот /H₂SO₄, HNO₃, H₃PO₄ / в пересчете на фтор-ион 1·10^-5Ом^-1см^-1
Пример 3. В раствор фтористоводородной кислоты (1000 мл, 22% раствор) вводят одновременно растворы азотнокислого лантана (3500 мл, 1 М раствор) и углекислого аммония (3500 мл, 2 М раствор), затем доводят рН образовавшейся суспензии до нейтрального или слабокислого (3-7).

Обработка осадка и дальнейшие операции с ним делаются в соответствии с примером 1 со следующим режимом:
выдержка осадка в течение 56 час
сушка осадка при температуре 140^oС
перекристаллизация 50% объема полученного порошка с хлоридом калия при температуре 1100^oC в течение 2 час
сушка перекристаллизованного порошка при температуре 140^oC
прессование смеси перекристаллизованного порошка с неперекристаллизованным при температуре 1100^oС и давлении 220 МПа
Основные характеристики полученного керамического материала:
плотность 5,85г/см³
микротвердость 320 кгс/мм²
суммарный объем пор 3%
содержание водорастворимой фазы в пересчете на фтор-ион 1·10^-6 мг/мм²
растворимость в концентрированных растворах неорганических кислот / H₂SO₄, HNO₃, H₃PO₄ / в пересчете на фторион 5·10^-6 мг/мм²
удельная электропроводность 1·10^-5Ом^-1·см^-1
Таким образом, материалы на основе фтои-дов лантана и щелочноземельных металлов, полученные в соответствии с предлагаемым авторами способом, обладают высокими физико-химическими параметрами, соответствующими предъявляемым к ним требованиям.

Формула изобретения

Способ изготовления материала на основе фторидов лантана и щелочно-земельных металлов, включающий осаждение фторидов лантана и щелочно-земельных металлов фтористоводородной кислотой из растворов солей соответствующих металлов, отличающийся тем, что осаждение проводят в присутствии углекислого аммония в кислой или нейтральной среде с выдержкой осадка фторидов в течение 48-56 ч, полученный осадок обрабатывают 2%-ным раствором фтористоводородной кислоты и высушивают при температуре 120-140^oC, полученный порошок в количестве 40-60% по объему перекристаллизовывают, затем смешивают с неперекристаллизованным, после чего смесь прессуют либо перекристаллизованный порошок напыляют на подложку.