Состав композиции для получения сегнетоэлектрического материала

Авторы патента:

C01F11 - Соединения кальция, стронция или бария (C01F 7/00 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2356838:

Ордена Трудового Красного Знамени Институт химии силикатов имени И.В. Гребенщикова Российской академии наук (ИХС РАН) (RU)

Изобретение относится к композициям, предназначенным для получения сегнетоэлектрических материалов на основе титаната бария, и может быть использовано в радиоэлектронной промышленности. Состав композиции для получения сегнетоэлектрического материала включает нитрат бария и дополнительно содержит аморфный гидроксид титана и нитрат калия при следующем соотношении компонентов, мол.%: Ва(NO₃)₂ - 10,0-16,7; Ti(OH)₂ - 10,0-16,7; KNO₃ - 66,6-80,0. Изобретение позволяет получить ультра- и нанодисперсные сегнетоэлектрические порошковые материалы на основе титаната бария с размером частиц 20-500 нм для использования их в качестве исходных материалов в производстве элементов микроэлектроники, имеющих уменьшенные линейные размеры при сохранении их электрофизических характеристик. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к композициям, предназначенным для получения сегнетоэлектрических материалов, и может быть использовано в области радиоэлектронной промышленности для уменьшения линейных размеров элементов, например конденсаторов малых линейных размеров, создаваемых на основе титаната бария, без потери функциональных параметров.

Известны составы на основе: тетрахлорида титана, хлорида бария и щавелевой кислоты (патенты №2060946, Способ получения титаната бария, RU, C01F 23/00, C01F 11/00, опубл. 1996.05.27; №2067554, Способ получения титаната бария, RU, C01G 23/00, C01F 11/00, опубл. 1996.10.10; №2224718, Способ получения титаната бария, RU, C01F 23/00, C01F 11/00, опубл. 2004.02.27; №2262484, Способ получения титаната бария, RU, C01F 23/00, C01F 11/00, опубл. 2005.10.20), тетрабутоксититана или его раствора в бутиловом спирте и гидроксида бария (патент №2039024, Способ получения титаната бария, RU, C01F 23/00, С04В 35/46, опубл. 1995.07.09). Однако данные составы не обеспечивают возможности снижения размеров частиц порошковых материалов.

Известны составы на основе карбонатов бария и диоксида титана для получения сегнетоэлектрических материалов титаната бария традиционным твердофазным синтезом [Ротенберг Б.А. // Керамические конденсаторные диэлектрики. РФФИ. Санкт-Петербург. 2000. 245 с.]. Однако данные составы не позволяют получать порошковые материалы с размером частиц менее 1 мкм, так как размеры частиц продуктов реакции возрастают по сравнению с размерами частиц исходных реагентов за счет спекания. Технология синтеза сегнетоэлектрических материалов с использованием указанных составов характеризуется высокой энергоемкостью процесса, так как для получения сегнетоэлектрических материалов высокого качества с воспроизводимыми свойствами требуются достаточно высокие температуры порядка 1300÷1400°С и длительные времена - несколько часов.

Наиболее близким является состав для твердофазного синтеза порошков сложных оксидов на основе оксигидроксида титана TiO(ОН)₂ (20 г) и нитрата бария Ва(NO₃)₂ (50 г) [патент №2273603, Способ получения титаната или цирконата двухвалентного металла и твердого раствора на их основе, RU, C01F 23/00, C01F 25/00, опубл. 2006.04.10]. Данный состав позволяет обеспечить температуру синтеза порошков титаната 650-700°С с обеспечением малых размеров (порядка 0,5-1 мкм).

Однако данный состав не позволяет получать порошки титаната бария размером частиц менее 0,5-1 мкм.

Задачей изобретения является уменьшение линейных размеров элементов микроэлектроники при сохранении их электрофизических характеристик. Это может быть достигнуто уменьшением размеров частиц исходных материалов, из которых производятся элементы микроэлектроники.

Технический результат от использования изобретения заключается в получении ультра- и нанодисперсных сегнетоэлектрических порошковых материалов на основе титаната бария (с размером частиц 20-500 нм). Технический результат достигается тем, что состав композиции для получения сегнетоэлектрического материала, включающий нитрат бария, отличается тем, что дополнительно содержит аморфный гидроксид титана и нитрат калия при следующем соотношении компонентов, мол.%:

Ba(NO₃)₂ - 10,0-16,7;

Ti(OH)₂ - 10,0-16,7;

KNO₃ - 66,6-80,0.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показана дифрактограмма титаната бария BaTiO₃, синтезированного с использованием оптимального состава композиции при температуре 600°С, времени синтеза 1 ч.

Заявляемый состав может быть получен следующим способом. В качестве реагентов используются промышленные порошковые материалы химической чистоты Ba(NO₃)₂, Ti(OH)₂, KNO₃. Состав компонентов в реакционной композиции отвечает соотношению 12,5 Ba(NO₃)₂ - 12,5 Ti(OH)₂ - 75,0 KNO₃, мол.%, аморфный гидроксид титана получен путем обменных реакций из сульфатного раствора титана.

Компоненты, взятые в указанной пропорции, смешиваются в произвольной последовательности и растираются в ступке.

Для получения материала композиция помещается в тигель и отжигается в воздушной атмосфере при температуре 600°С в течение 40-90 минут. Нитрат калия является водорастворимой солью и после термообработки удаляется из композиции путем промыва дистиллированной водой. Продукт реакции BaTiO₃ сушится при температуре порядка 100°С в течение 60 минут. Полученный материал представляет собой рассыпчатый мелкокристаллический порошок, не требующий дополнительного размола в шаровых мельницах. В таблице приведены примеры обоснования границ заявки в интервалах составов композиций.

Таблица.
№	Содержание компонентов, мол.%	Характеристика продукта
Ва(NO₃)₂	Ti(OH)₂	KNO₃
Состав 1	16,7	16,7	66,6	500-1000 нм=0,5-1 мкм
Состав 2	12,5	12,5	75,0	20-500 нм
Состав 3	10	10	80	Выход продукта уменьшается

Составы композиций с содержанием нитрата калия менее 66,6 мол.% не могут быть использованы, так как размеры полученных частиц довольно велики 0,5-1 мкм.

Составы с содержанием нитрата калия свыше 80,0 мол.% использовать экономически нецелесообразно, так как степень разбавления реакционной композиции становится достаточно высокой и увеличивается расход реагента KNO₃, при этом уменьшается выход продукта реакции (титаната бария).

Согласно дифрактограмме полученного материала (чертеж) пики полностью соответствуют титанату бария BaTiO₃. Анализ дифрактограммы показал, что размеры частиц находятся в интервале 20-500 нм.

Таким образом, заявляемый состав для получения ультра- и наноразмерных сегнетоэлектрических материалов позволит уменьшить линейные размеры элементов микроэлектроники при сохранении их электрофизических характеристик. Кроме того, достигается снижение энергоемкости процесса получения сегнетоэлектрического материала за счет понижения температуры и сокращения времени синтеза.

Состав композиции для получения сегнетоэлектрического материала, включающий нитрат бария, отличающийся тем, что дополнительно содержит аморфный гидроксид титана и нитрат калия при следующем соотношении компонентов, мол.%:

Ва(NO₃)₂	10,0-16,7
Ti(OH)₂	10,0-16,7
KNO₃	66,6-80,0

Изобретение относится к получению титансодержащих продуктов, используемых в производстве строительных и лакокрасочных материалов, а также сварочных электродов. .

Плазменный синтез нанопорошка оксида металла и устройство для его осуществления // 2351535

Способ получения наноразмерных частиц диоксида титана // 2349549

Изобретение относится к способам получения наноразмерных частиц диоксида титана, которые могут быть использованы в качестве фотокатализаторов, светочувствительных материалов солнечных батарей, фотолюминофоров, в качестве катодных материалов химических источников тока.

Способ получения модифицированного диоксида титана // 2348582

Изобретение относится к области химической промышленности, а именно к способам получения модифицированного диоксида титана. .

Порошкообразный диоксид титана, полученный пламенным гидролизом // 2344994

Способ переработки титан-кремнийсодержащих концентратов с получением искусственного рутила // 2336348

Изобретение относится к металлургии редких металлов, а именно к технологии переработки титан-кремнийсодержащих концентратов Ярегского месторождения, и может быть использовано для получения искусственного рутила - чистого диоксида титана.

Способ получения рутилового пигмента из водных растворов титана // 2330813

Способ получения мезопористых наноструктурированных пленок диоксида титана и способ иммобилизации на них ферментов // 2326818

Изобретение относится к способам получения мезопористых наноструктурированных пленок диоксида титана (TiO2) и к способам иммобилизации на них ферментов с целью получения фотобиокатализаторов и может быть использовано в биотехнологии.

Способ получения титаната калия // 2326051

Изобретение относится к синтезу неорганических материалов, а именно к способам получения неволокнистого титаната калия, и может найти применение в химической промышленности, в частности в производстве наполнителей композиционных материалов.

Способ получения титаната двухвалентного металла // 2323882

Изобретение относится к способам получения тонкодисперсных порошков титанатов щелочноземельных элементов или свинца, которые могут быть использованы для производства высоко- и низкочастотных керамических конденсаторов и других изделий радиоэлектронной промышленности.

Способ комплексной переработки природного и/или синтетического мела с получением химически чистого мела и известково-аммиачной селитры // 2347750

Изобретение относится к способу переработки природного или синтетического мела с получением химически чистого мела, который может быть использован в различных отраслях промышленности, а также к способу получения из отходов этого производства известково-аммиачной селитры (ИАС).

Ультрасухой карбонат кальция // 2347164

Изобретение относится к ультрасухому карбонату кальция. .

Осажденный карбонат кальция, способ его получения, наполнитель для наполнения бумаги и бумага с наполнителем // 2344078

Способ получения наночастиц сульфатов щелочно-земельных металлов // 2338690

Способ получения гидратов хлоридов щелочно-земельных металлов // 2338689

Изобретение относится к химической промышленности, в частности к технологии получения кристаллических гидратов хлоридов щелочно-земельных металлов, таких как гидраты хлоридов кальция, магния, стронция, бария и их смесей.

Способ получения сульфата бария из природного барита // 2337880

Изобретение относится к области получения сульфата бария из природного барита. .

Способ переработки фосфогипса, содержащего соединения фосфора и лантаноиды // 2337879

Изобретение относится к технологии комплексной переработки фосфогипса, получаемого при сернокислотной переработке апатитового концентрата на минеральные удобрения.

Способ очистки водных растворов хлоридов металлов от сульфат-ионов // 2334678

Изобретение относится к химической промышленности, в частности к способу очистки водных растворов хлоридов металлов, таких как литий, натрий, калий, магний, кальций, от примесей сульфат-ионов.

Способ получения фторидов металлов // 2328448

Изобретение относится к нанотехнологии по разработке оптически прозрачной нанокерамики на основе простых и сложных фторидов. .

Способ переработки гипсосодержащего сырья // 2324654

Изобретение относится к химической технологии переработки гипсосодержащего сырья и техногенных отходов, в частности к способам получения гипсового вяжущего из борогипса, и может быть использовано в области производства строительных материалов.

Способ мокрой очистки отходящих газов электролизных корпусов производства алюминия // 2363525

Изобретение относится к цветной металлургии, конкретно к мокрой очистке отходящих газов электролизных корпусов производства алюминия от остатков фтористого водорода и диоксида серы с получением в качестве товарных продуктов сульфата натрия и фтористого кальция