Способ получения мелкокристаллического корунда

 

Изобретение относится к области синтеза неорганических материалов, а именно мелкокристаллического α-Al₂O₃ (корунда) повышенной чистоты, используемого как сырье для изготовления светопропускающей керамики и лейкосапфира. Задачей предлагаемого изобретения является получение чистого мелкокристаллического корунда с содержанием примесей менее 0,01 мас.% по сумме 12 элементов. Поставленная задача достигается тем, что термопаровую обработку гидроксида алюминия проводят при 380-420°С и давлении паров воды 50-300 атм в присутствии низших предельных спиртов (метилового, этилового, пропилового или бутилового) в количестве 0,06-1% по отношению к массе гидроксида алюминия или с добавкой карбамида в количестве 0,05-0,5% к массе гидроксида алюминия. Образцы корунда, полученные в присутствии органических добавок, соответствуют по чистоте оптическому классу кристаллов и могут быть использованы для наплава монокристаллов лейкосапфира и светопропускающей керамики. 1 табл.

Изобретение относится к области синтеза неорганических материалов, а именно мелкокристаллического α- Al₂O₃ (корунда) повышенной чистоты, используемого как сырье для изготовления светопропускающей керамики и лейкосапфира.

Основным требованием к корунду, используемому в качестве сырья для получения указанных материалов, являются содержание минеральных примесей, не превышающее уровень - 0,015 мас.% по сумме 12 элементов.

Известно, что при производстве мелкокристаллического корунда термопаровым способом (ТПС) при 350-450^oC и 30-250 атм в присутствии в качестве активатора процесса смеси бромида калия и гидроксида натрия (в соотношении 1/5 -1/10 при концентрации бромида калия (2-15)%) получается порошкообразный корунд с содержанием примесей Fe, Cr, Cu, Ca, Ti, значительно превышающим уровень, требуемый для изготовления лейкосапфира и керамики (А.С. СССР 1477682, C 01 F 7/02, 07.05.89., Бюл. N 17). Использование в качестве активатора KBr приводит к коррозии металла автоклава и загрязнению продукта.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ получения мелкокристаллического корунда, включающий обработку гидроксида или оксида алюминия при 350-400^oC и давлении паров воды 50-400 атм в присутствии активаторов ионного типа (Патент РФ 2077157, C 01 F 7/02, 10.04.97, Бюл. N 10), в частности тетрабората натрия или борной кислоты. В этом случае интенсивность коррозионных процессов значительно снижается и продукт получается менее загрязненным, чем получаемый по способу 1. Однако, уровень чистоты корунда, получаемого по способу 2, также не соответствует требованиям к сырью для изготовления лейкосапфира или керамики, поскольку он содержит 0,018% примесей по сумме 12 элементов (см. 3-й столбец, табл.]).

Задачей предлагаемого изобретения является получение чистого мелкокристаллического корунда с содержанием примесей менее 0,01 мас.% по сумме 12 элементов.

Поставленная задача достигается тем, что термопаровую обработку гидроксида алюминия проводят при 380-420^oC и давлении паров воды 50 - 300 атм в присутствии низших предельных спиртов (метилового, этилового, пропилового или бутилового) в количестве 0,06-1%, по отношению к массе гидроксида алюминия или с добавкой карбамида в количестве 0,05-0,5% к массе гидроксида алюминия. Добавки низших спиртов и карбамида не только предотвращают коррозию внутренних стенок автоклава, но и повышают степень чистоты сырья (гидроксида алюминия), образуя летучие соединения с примесными металлами. Выход за нижний предел указанных интервалов концентраций не дает эффекта очистки продуктов термопаровой обработки от примесей, превышение верхнего предела приводит к зауглероживанию продуктов.

Сущность способа иллюстрируется примерами.

Пример 1. В сосуд высокого давления объемом 1 л загружают 450 г гидроксида алюминия и заливают 65 см³ деионизированной воды, содержащей 0,3% от массы гидроксида алюминия этилового спирта. Автоклав после опрессовывания нагревают до 400^oC и выдерживают при этой температуре 72 ч.

Продукт, извлеченный из автоклава после охлаждения, представляет собой мелкокристаллический (50-150 мкм) корунд с химическим составом: Al₂O₃ - 99,9915%, Si - 0,005%, Mn - < 0,0003%, Mg - 0,0005%, Fe - 0,0005%. Ni - 0,0001%, Cr - < 0,0004%, Cu - 0,00001%, Ca - 0,001%, Co - < 0,0001%, Ti - < 0,0005%, Pb - 0,00005%, Ag - 0,00005%.

Пример 2. B сосуд высокого давления объемом 1 л загружают 450 г гидроксида алюминия и заливают 65 см³ деионизированной воды, содержащей 0,15% от массы гидроксида алюминия карбамида. Автоклав после опрессовывания нагревают до 400^oC и выдерживают при этой температуре 72 ч.

Продукт, извлеченный из автоклава после охлаждения, представляет собой мелкокристаллический (50-150 мкм) корунд с химическим составом: Al₂O₃ - 99,996%, Si - 0,001%, Mn - 0,00005%, Mg - 0,0007%, Fe - 0,0002%, Ni - < 0,0001%, Cr - 0,0002%, Cu - 0,00005%, Ca - 0,001%, Co - < 0,00001%, Ti - < 0,00001%, Pb - 0,00005%, Ag - 0,00005%.

Для сравнения в таблице приведен состав примесей в исходном сырье (гидроксид алюминия Пикалевского глиноземного комбината) и образцов корунда, полученных с использованием добавок этилового спирта (0,5%) и карбамида (0,3%) и без них (синтез корунда в этом случае проводился в присутствии добавки тетрабората натрия). Из таблицы видно, что содержание примесей по сумме 12 элементов у корунда, полученного с добавкой этилового спирта, снижается в 6 раз, а карбамида - в 7,5 раз по сравнению с корундом, полученным без органических добавок.

Количество примесей дано в таблице в мас.%.

Образны корунда, полученные в присутствии органических добавок, соответствуют по чистоте оптическому классу кристаллов и могут быть использованы для наплава монокристаллов лейкосапфира и светопропускающей керамики.

Формула изобретения

Способ получения мелкокристаллического корунда, включающий термопаровую обработку гидроксида алюминия при 380-420°С и давлении 50-300 атм, отличающийся тем, что термопаровую обработку проводят в присутствии низшего предельного спирта - 0,06-1% от массы гидроксида алюминия или карбамида - 0,05-0,5% от массы гидроксида алюминия.

РИСУНКИ

Рисунок 1