Способ получения малоагломерированных высокостехиометричных наноразмерных порошков прекурсора на основе иттрий-алюминиевого граната с катионами редкоземельных элементов



Способ получения малоагломерированных высокостехиометричных наноразмерных порошков прекурсора на основе иттрий-алюминиевого граната с катионами редкоземельных элементов
Способ получения малоагломерированных высокостехиометричных наноразмерных порошков прекурсора на основе иттрий-алюминиевого граната с катионами редкоземельных элементов
Способ получения малоагломерированных высокостехиометричных наноразмерных порошков прекурсора на основе иттрий-алюминиевого граната с катионами редкоземельных элементов
Способ получения малоагломерированных высокостехиометричных наноразмерных порошков прекурсора на основе иттрий-алюминиевого граната с катионами редкоземельных элементов
Способ получения малоагломерированных высокостехиометричных наноразмерных порошков прекурсора на основе иттрий-алюминиевого граната с катионами редкоземельных элементов
Способ получения малоагломерированных высокостехиометричных наноразмерных порошков прекурсора на основе иттрий-алюминиевого граната с катионами редкоземельных элементов
Способ получения малоагломерированных высокостехиометричных наноразмерных порошков прекурсора на основе иттрий-алюминиевого граната с катионами редкоземельных элементов
C04B35/62625 - Формованные керамические изделия, характеризуемые их составом (пористые изделия C04B 38/00; изделия, характеризуемые особой формой, см. в соответствующих классах, например облицовка для разливочных и плавильных ковшей, чаш и т.п. B22D 41/02); керамические составы (содержащие свободный металл, связанный с карбидами, алмазом, оксидами, боридами, нитридами, силицидами, например керметы или другие соединения металлов, например оксинитриды или сульфиды, кроме макроскопических армирующих агентов C22C); обработка порошков неорганических соединений перед производством керамических изделий (химические способы производства порошков неорганических соединений C01)

Владельцы патента RU 2699500:

Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ (RU)

Изобретение относится к технологии получения соединений сложных оксидов со структурой граната, содержащих редкоземельные элементы, которые могут быть применены в технологии синтеза оптических керамических материалов лазерного качества при создании активных тел твердотельных лазеров различной геометрии. Исходный раствор хлоридов требуемых катионов (иттрия, алюминия и редкоземельных металлов) получают путем растворения оксидов иттрия и РЗЭ в концентрированной соляной кислоте, раствор упаривают и распыляют в водный раствор аммиака 25%-ной концентрации, содержащий раствор пероксида водорода в объёмном соотношении раствор аммиака : раствор пероксида водорода от 2:1 до 3:1, а также кристаллический карбамид из расчёта 90-1-100 г на 1 л 25%-ного водного раствора аммиака. Полученный осадок декантируют в деионизированной воде до рН=7. Влажный осадок высушивают в вакуумном сушильном шкафу при температуре 60-80°С. В результате прокаливания при 1750°С такого прекурсора получают 100%-ный целевой продукт (кубический иттрий-алюминиевый гранат), не содержащий посторонних фаз. 3 пр., 1 табл., 6 ил.

 

Настоящее изобретение относится к способу получения прозрачного керамического материала на основе иттрий-алюминиевого граната (ИАГ) с добавками ионов редкоземельных элементов (РЗЭ) для создания генерации прозрачного керамического материала, принадлежащего к области лазерной техники.

Изобретение относится к технологии получения соединений сложных оксидов со структурой граната, содержащих редкоземельные элементы, которые могут быть применены в технологии синтеза оптических керамических материалов лазерного качества при создании активных тел твердотельных лазеров различной геометрии. Способ осуществляют методом осаждения введением исходных соединений алюминия, иттрия и легирующих элементов в осадитель с последующим выделением осажденного продукта и прокалкой полученного порошкообразного продукта при 1200°С, при этом осаждение проводят с помощью основного осадителя, а в качестве основного осадителя используют водный раствор аммиака, а затем при перемешивании вводят смесевой водный раствор хлористых солей алюминия, иттрия и легирующих элементов в количестве, соответствующем молярному соотношению катионов металлов, согласно общей формуле (Y1-хРЗЭх)3АlO12, после чего полученную реакционную смесь перемешивают со скоростью 300 - 500 об/мин. Выделенный осажденный продукт сначала промывают водой до рН = 7-7,5.

Малоагломерированные, высокостехиометричные наноразмерные порошки прекурсора твердых растворов на основе бинарного соединения иттрий-алюминиевого граната (Y3Аl5О12), солегированного ионами редкоземельных элементов получали методом химического обратного осаждения с последующей сушкой и прокаливанием с целью синтеза гомогенного монофазного кубического твердого раствора.

В качестве лигандов для получения твердого раствора на основе бинарного соединения иттрий-алюминиевого граната (Y3Аl5О12) используют оксиды или композиции редкоземельных элементов: Еr2О3; Yb2О3; Тm2О3; Нo2О3; композиции Ег2О3-Тm2О3; Еr2О3-Нo2О3; Еr2О3-Тm2О3-Нo2О3; Yb2О3-Тm2О3; Yb2О3-Тm2О3-Нo2О3; Yb2О3-Нo2О3, которые вводят в состав иттрий-алюминиевого граната в пределах 1,0 - 50,0 ат.% по отношению к атому иттрия (Y +3).

При введении в состав иттрий-алюминиевого граната оксидов редкоземельных элементов (ОРЗЭ) или их композиций имеет место образование твердых растворов замещения только катионов иттрия на катионы редкоземельных элементов (РЗЭ). Поэтому расчеты составов проводятся исходя из формулы твердого раствора Y3-хMeхАl5O12, где х - доля катиона ОРЗЭ или сумма долей катионов ОРЗЭ, вводимых в состав иттрий-алюминиевого граната и замещаемых катионов иттрия.

Из уровня техники известен способ (Патент США US 5,484,750 (А) “Transparent polycrystalline garnets”, Заявитель: GENELECTRIC [US] МПК: С09К 11/00; С09К 11/77; С09К 11/80; G01Т 1/20; G01Т 1/202, дата публикации: 16.01.1996) получения прозрачного поликристаллического твердотельного сцинтилляционного материала со структурой ИАГ, легированного ионами редкоземельных элементов, включающий растворение исходных катионов солей, упаривание до концентрированного состояния, совместное обратное осаждение через распыление, с последующим фильтрованием осадка прекурсора, декантированием, сушкой, и термообработкой, причем способ включает следующие стадии, на которых:

маточный раствор катионов солей заданного состава формируют путем растворения хлоридов иттрия, алюминия и редкоземельных металлов в концентрированной соляной кислоте при нагревании, затем упаривают и распыляют в основной раствор оксалата аммония, осадок декантируют в деионизированной воде и/или спирте для удаления избытка гидроксила аммония и /или углекислого аммония и продуктов реакции, осадок сушат при температуре около 110°С методом вакуумной сушки и прокаливают на воздухе при температуре 750°С;

- после термического разложения порошок измельчают в струйной мельнице или на планетарной мельнице с использованием диоксида циркония в качестве мелющей оснастки в среде изопропилового спирта, затем сушат и получают гранулы;

- после гранулирования порошок формуют изостатическим прессованием с получением образцов с относительной плотностью 55%;

- полученные образцы подвергают вакуумному спеканию при температуре 1400-1600°С;

- после вакуумного спекания образцы подвергают горячему изостатическому прессованию при температуре 1350-1600°С; после чего керамические образцы механически шлифуют и полируют.

Недостатком данного способа является образование оксалатов иттрия и редкоземельных элементов, что ведет к многофазности целевого продукта, к светорассеянию и, как следствие, к уменьшению способности материала к спеканию. Кроме того, использование хлоридов иттрия, алюминия и редкоземельных металлов, а это, как правило, гидратированные соли, для растворения хлоридов иттрия, алюминия и редкоземельных металлов в концентрированной соляной кислоте при нагревании ведет к не стехиометричности получаемых материалов и последующим корректировкам соотношения исходных хлоридов с целью получения стехиометричных составов, хотя бы в первом приближении.

Изобретение (Способ получения мелкокристаллического нелегированного и легированного иттрий-алюминиевого граната, Заявка РФ RU2137867 С1, МПК: С30В 7/10, С30В 29/28, С01F 7/02, С01F 17/00, дата приоритета: 22.04.1998) относится к синтезу неорганических металлов и используется для получения шихты для выращивания монокристаллов ИАГ, применяемых в качестве активных сред в твердотельных лазерах, а такие при изготовлении высокотемпературной керамики. Сущность изобретения: гидротермальную обработку стехиометрической смеси оксидов иттрия и алюминия проводят в 1-3 %-ных водных растворах активаторов, в качестве которых используют соли щелочных металлов и аммония предельных органических кислот (С1-СЗ), при 270 - 360°С и РН2O = 56-190 атм. Легированный ИАГ получают путем введения в исходную смесь оксидов добавок неодим- или хромсодержащих компонентов. Изобретение позволяет повысить выход данного продукта. Экологичность способа синтеза и чистота получаемых кристаллов обусловлены одностадийностью процесса и герметичностью автоклава.

Недостатком описываемого изобретения является использование солей щелочноземельных металлов и органических кислот (С1-СЗ), что ведет к встраиванию в кристаллическую решетку ионов щелочноземельных металлов и ухудшению генерационных свойств высокотемпературной керамики. Анионы органических кислот (С1-СЗ) являются «поставщиками» свободного углерода, что ведет к появлению «серого» фильтра. Проведение процесса при 270-360°С способствует сильной агломерации получаемого продукта. Совокупность этих недостатков ведет к разбалансировке целевых составов и многофазности алюмоиттриевого граната. Кроме того, применение автоклава в данном процессе является взрывоопасным.

Известен способ получения мелкокристаллического нелегированного и легированного иттрий-алюминиевого граната (Заявка на изобретение JP2001270775, кл. МПК С04В 5/44, опубл. 02.10.2001), путем гидротермальной обработки стехиометрической смеси оксидов иттрия и алюминия проводят в 1-3 %-ных водных растворах активаторов, в качестве которых используют соли щелочных металлов и аммония предельных органических кислот (С1-СЗ), при 270-360°С и РН2O = 56-190 атм. Легированный ИАГ получают путем введения в исходную смесь оксидов добавок неодим- или хромсодержащих компонентов.

Недостатком данного способа является использование солей щелочноземельных металлов и органических кислот (С1-СЗ), что ведет к встраиванию в кристаллическую решетку ионов щелочноземельных металлов и ухудшению генерационных свойств высокотемпературной керамики. Анионы органических кислот (С1-СЗ) являются «поставщиками» свободного углерода, что ведет к появлению «серого» фильтра. Проведение процесса при 270-360°С способствует сильной агломерации получаемого продукта. Совокупность этих недостатков ведет к разбалансировке целевых составов и многофазности АИГ. Кроме того, применение автоклава в данном процессе является взрывоопасным.

Известен способ получения поликристаллического иттрий-алюминиевого граната, который может быть допирован редкоземельными элементами, выбранными из Nd, Yb, Sс, Рг, Еu, Еr (Патент США на изобретение US7022262, кл. МПК С01F 7/00, С04В 5/115, С04В 35/44, С04В 5/505, С04В 5/638, Н01S 3/16, опубл. 04.04.2006).

В статье (L. Lipinska еt а1., J. Alloys and Compaunds, 2007, v.432, 1-26 р.177-182) рассмотрены способы приготовления нанопорошков и кристаллов иттрий-алюминиевого граната с примесью ионов неодима.

Известны (Д.О. Лемешев и др., Перспектива создания новых оптически прозрачных материалов на основе оксида иттрия и иттрий-алюминиевого граната, журнал «Стекло и керамика», 2008, № 4, стр.25-27) различные способы получения прозрачных керамических материалов на основе иттрий-алюминиевого граната, например, золь-гель технология, термическое разложение солей, твердофазный синтез, гидротермальный синтез, вымораживание, соосаждение, горение.

В цитируемой статье не приводятся конкретные технические решения, а описана перспектива создания новых оптически прозрачных материалов на основе оксида иттрия и иттрий-алюминиевого граната. Вопросы стехиометричности целевых продуктов вообще не рассматриваются.

Описаны (Заявка США US2009/081100 (А1) “Translucent material and manufacturing method of the same”. Заявитель: FUJIFILMCORP [JР] МПК: С01F 17/00; С04В 35/44; С04В 35/64; Н01S 3/16, дата публикации: 26.03.2009), заявка на изобретение СN101386531, кл. МПК С04В 35/622, С04В 35/50, С04В 35/44, опубл. 18.03.2009) способы получения иттрий-алюминиевого граната и прозрачного поликристаллического твердотельного сцинтилляционного материала со структурой ИАГ, легированного ионами редкоземельных элементов, при котором маточный раствор катионов солей заданного состава формируют путем растворения хлоридов или сульфатов требуемых катионов (иттрия, алюминия и редкоземельных металлов) в воде при нагревании, затем упаривают и распыляют в водный раствор аммиака, осадок декантируют в деионизированной воде, выливают суспензию в контейнер, дают сформироваться формованному телу путем медленного осаждения, полученное тело затем подвергают спеканию при 1750°С.

Недостатком данного способа является использование хлоридов или сульфатов иттрия, алюминия и редкоземельных металлов, а это, как правило, гидратированные соли; растворение хлоридов иттрия, алюминия и редкоземельных металлов в воде при нагревании ведет к не стехиометричности получаемых материалов и последующим корректировкам соотношения исходных хлоридов или сульфатов с целью получения стехиометричных тел, соответствующих формульному составу алюмоиттриевого граната.

Известен способ получения прозрачного керамического материала (Патент РФ на изобретение RU 2 473 514, кл. МПК С04В 35/505, С04В 35/622, С30В 29/28), включающий смешивание предварительно полученной матрицы с предварительно полученным наполнителем, формование смеси и термообработку.

Недостатком данного изобретения является использование матрицы, выполненной в виде твердого раствора оксида скандия в оксиде иттрия и наполнитель, выполненный в виде твердого раствора оксида скандия в иттрий-алюминиевом гранате. Кроме того, данный способ предполагает многостадийность процесса, использование в качестве исходных реагентов соответствующих оксидов, что ведет к неполному протеканию твердофазных реакций и нестехиометричности целевого продукта.

Известен способ получения прозрачного керамического материала на основе оксида иттрия, легированного трехвалентными металлами, с добавками иттрий-алюминиевого граната (Заявка РФ на изобретение RU 2009115895, кл. МПК С30В 29/00, опубл. 10.11.2010), заключающийся в том, что исходный материал получают методом обратного гетерофазного осаждения, при этом для получения иттрий-алюминиевого граната используют смесь гидрооксидов иттрия и алюминия, которую измельчают и затем вводят соль скандия, после чего проводят термическое разложение и измельчают, получая второй компонент, первый и второй компоненты смешивают, полученную смесь подвергают нагреванию, затем формуют заготовки методом полусухого прессования, после чего их подвергают нагреванию для удаления технологической связки, и помещают в вакуумную печь, после чего прозрачный керамический материал шлифуют и полируют.

Недостатком известного способа является использование для обратного гетерофазного осаждения растворов хлоридов или сульфатов иттрия и алюминия, которые также не обеспечивают стехиометричности иттрий-алюминиевого граната. Известен способ получения алюмоиттриевого граната, легированного редкоземельными элементами (Патент РФ на изобретение RU 2503754, кл. МПК С30В 29/28, С09К 11/80, опубл. 10.01.2014), который осуществляют методом осаждения введением исходных соединений алюминия, иттрия и легирующих элементов в осадитель с последующим выделением осажденного продукта и прокалкой полученного порошкообразного продукта, при этом осаждение проводят в присутствии фторсодержащей добавки, а в качестве осадителя используют гидрокарбонат аммония, в водный раствор которого при перемешивании вводят смесевый водный раствор азотнокислых солей алюминия, иттрия и легирующих элементов, после чего полученную реакционную смесь перемешивают и выделенный осажденный продукт промывают водой, сушат и прокаливают.

Недостатком известного способа является использование для осаждения растворов азотнокислых солей алюминия, иттрия и легирующих элементов, которые также не обеспечивают стехиометричности иттрий-алюминиевого граната. Кроме того, использование фторсодержащей добавки ведет к появлению второй фазы в виде фторидов иттрия и редкоземельных элементов.

Известен способ получения наноразмерного порошка алюмоиттриевого

граната (Патент РФ RU 2576271 С1, МПК: С01F 17/00, В82В 1/00, В82Y 30/00, приоритет 23.12.2014). Изобретение относится к технологии получения соединений сложных оксидов со структурой граната, которые могут быть использованы для изготовления элементов твердотельных лазеров ближнего и среднего ИК-диапазонов, для разработки сцинтилляторов и люминофоров, а также в производстве термостойкой керамики. Способ получения наноразмерного порошка алюмоиттриевого граната включает приготовление исходных реакционных водных растворов, содержащих соли иттрия (III) и алюминия в молярном отношении 3:5. Сначала реагент-осадитель, в качестве которого используют сильноосновный гелевый анионит АВ-17-8 в гидроксидной форме, приводят в контакт с раствором солей иттрия (III) при комнатной температуре в течение 20 мин, затем

добавляют раствор солей алюминия (III). Из полученного раствора осаждают продукт-прекурсор, отделяют его от раствора, промывают водой, сушат и обжигают при температуре 900°С. Ионообменный способ обеспечивает

получение наноразмерного порошка алюмоиттриевого граната, не содержащего катионов осадителя, без применения агрессивных сред и давлений.

Использование в качестве осадителя сильноосновного гелевого анионита АВ-17-8 в гидроксидной форме не исключает добавление в реакционную среду водных растворов солей иттрия и алюминия, а предварительное приготовление исходных растворов влечет за собой нарушение соотношения иттрий : алюминий, равное 3:5. Это является серьезным недостатком предложенного способа.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения прозрачного поликристаллического твердотельного сцинтилляционного материала со структурой ИАГ (иттрий-алюминиевого граната), легированного ионами редкоземельных элементов (Заявка США US 2009/081100 (А1) “Translucent material and manufacturing method of the same”. Заявитель: FUJIFILMCORP [JР] МПК: С01F 17/00; С04В 35/44; С04В 35/64; Н01S 3/16, дата публикации: 26.03.2009), при котором маточный раствор катионов солей заданного состава формируют путем растворения хлоридов или сульфатов требуемых катионов (иттрия, алюминия и редкоземельных металлов) в воде при нагревании, затем упаривают и распыляют в водный раствор аммиака, осадок декантируют в деионизированной воде, выливают суспензию в контейнер, дают сформироваться формованному телу путем медленного осаждения, полученное тело затем подвергают спеканию при 1750°С.

Недостатком известного способа является то, что в процессе приготовления маточного раствора катионов солей заданного состава путем растворения хлоридов или сульфатов требуемых катионов (иттрия, алюминия и редкоземельных металлов) в воде при нагревании используются соответствующие водорастворимые соли, которые содержат переменное количество гидратной воды. Это гексагидрат хлорида алюминия АlСl3-6Н2О или восемнадцативодный сульфат алюминия Аl2(SO4)3×18Н20, или нонагидрат нитрата алюминия Аl(NO3)3×9Н20, гексагидраты хлоридов, нитратов, сульфатов иттрия и РЗЭ. Подобные соединения никогда не имеют точной стехиометрии, что создает значительные трудности в получении растворов точной концентрации, обеспечивающих стехиометрию и монофазность конечных соединений. Для получения точных данных по содержанию катионов необходимо привлекать аналитические методы или массовый анализ после прокаливания соответствующих солей, с целью перевода их в соответствующие оксиды. Это ведет к усложнению и удорожанию процессов синтеза и не всегда приводит к положительному результату. Без проведения указанных дополнительных операций целевой продукт (кубический алюмоиттриевый гранат) содержит другие фазы, такие как YАlO3, Y2О3, Y4Аl2О9 и переменное содержание активаторов, резко ухудшающие все основные характеристики: прозрачность, показатель преломления, область пропускания, лазерная генерация.

Недостатком известного способа является то, что в процессе осаждения и отмывки прекурсора в виде тройных гидроксидов иттрия, алюминия и соответствующих РЗЭ продукт получают высокоагломерированным, в межзеренном пространстве задерживается большое количество маточного раствора (Заявка США US2009/081100 (А1) “Translucent material and manufacturing method of the same”. Заявитель: FUJIFILMCORP [JР] МПК: С01F17/00; С04В35/44; С04В35/64; Н01S3/16, дата публикации: 26.03.2009), что не позволяет получить высокостехиометричный прекурсор. Кроме того, полученный агломерированный тройной гидроксид (прекурсор) необходимо измельчать (заявка РФ RU2009115895, кл. МПК С30В29/00, опубл. 10.11.2010), чтобы разрушить крупные агрегаты с целью недопущения образования сопутствующих фаз, вызывающих светорассеяние в конечной оптической керамике.

Кроме того, недостатком и очень серьезным недостатком известного способа является то, что в процессе осаждения прекурсора в виде тройных гидроксидов иттрия, алюминия и соответствующих РЗЭ в системе, содержащей существенный избыток аммиака, протекают реакции:

Аl2(SO4)3 + 6NH4ОН -→ 2Аl(ОН)3 + 3(NH4)2SO4,
или АlСl3 + 3NH4ОН → Аl (ОН)3 + 3NН4С1,

и затем: Аl(ОН)3 + 2(NH4)2SO4 → АNH4(SO4)2 + 3NH4ОН,
или Аl(ОН)3 + 4(NН4)Сl → АlNH4С14 + 3NH4ОН,

с образованием растворимых аммиакатов алюминия. Так, например, растворимость алюминий аммоний сульфата АlNH4(SO4)2 в воде составляет 2,1 г на 100 г воды при 0°С и 7,74 г на 100 г воды при 20°С, что не позволяет получить высокостехиометричный прекурсор, соответствующий общей формуле (Y1-хМех)3Аl5O12, где х - доля катиона ОРЗЭ или сумма долей катионов РЗЭ. В результате прокаливания при 1750°С такого прекурсора целевой продукт (кубический алюмоиттриевый гранат) содержит другие фазы, такие как YАlO3 и Y4АlO9, резко ухудшающие все основные характеристики: прозрачность, показатель преломления, область пропускания, лазерная генерация.

С целью устранения указанных недостатков предлагается способ получения малоагломерированного, высокостехиометричного наноразмерного прекурсора для синтеза твердых растворов иттрий-алюминиевого граната с оксидами редкоземельных элементов, заключающийся в том, что исходный материал получают методом обратного гетерофазного осаждения путем растворения хлоридов или сульфатов требуемых катионов (иттрия, алюминия и редкоземельных металлов) в воде при нагревании, затем упаривают и распыляют в водный раствор аммиака, содержащий пероксид водорода 30 - 50% концентрации и кристаллический карбамид в количестве 80 - 100 г на 1 л осадителя. Осадок декантируют в деионизированной воде до рН = 7. Образовавшийся прекурсор отжимают на воронке Бюхнера и промывают еще раз на воронке Бюхнера пероксидом водорода 30 - 40% концентрации. Последние стадии декантации осуществляют 2-3 порциями пероксида водорода.

Предлагаемый способ отличается от известного использованием в составе осадителя (водный раствор аммиака) пероксида водорода 30 - 50% концентрации и кристаллического карбамида в количестве 80 - 100 г на 1 л осадителя, отмывки на последних стадиях декантации и на воронке Бюхнера пероксидом водорода 30 - 40% концентрации, что обуславливает решение поставленной цели изобретения. При определенных соотношениях водного раствора аммиака и пероксида водорода твердая фаза прекурсора оказывается сплошь покрыта кислородными участками молекул пероксида водорода (структурно-механический барьер), что препятствует слиянию частиц в агломераты (дипольный момент воды μ = 1,84, дипольный момент пероксида водорода μ = 2,1). При финишной отмывке прекурсора пероксидом водорода межзеренное пространство заполняется промывной жидкостью, которая разлагается при сушке 2Н2О2 → 2Н2О + О2 и выделяющийся кислород обладает дополнительным расклинивающим действием. Кроме того, для предотвращения образования водорастворимых аммиакатов алюминия в осадитель добавляют кристаллический карбамид (мочевину) в количестве 80 - 100 г на 1 л осадителя для блокирования растворимости гидроксида алюминия в аммиаке. При этом в системе протекает следующий процесс:

АlNH4(SO4)2 + 2СО(NH2)2 + 6Н2O → 2(NH4)24 +2СO2 + NH4ОН + Аl (ОН)3.

Заявляемый способ поясняется примерами конкретного исполнения.

Пример 1. (по прототипу) Готовят маточный раствор катионов солей заданного состава, исходя из формулы (Y1-xРЗЭх)зАl5О12, формируют путем растворения хлоридов или сульфатов требуемых катионов (иттрия, алюминия и редкоземельных металлов) в воде при нагревании, затем упаривают и распыляют в водный раствор аммиака, осадок декантируют в деионизированной воде. Полученный осадок высушивают в вакуумном сушильном шкафу при температуре 60-80°С. Продукт сильно агломерирован (фиг. 1) и нуждается в длительной дезагрегации. В результате прокаливания при 1750°С такого прекурсора целевой продукт (кубический иттрий-алюминиевый гранат) содержит 86 масс. % (Y1-xРЗЭх)3Al5O12, другие фазы, такие как YAlO3 (4 масс. %) и (Y1-xРЗЭx)4Al2O9 (10 масс. %). Такие примеси (таблица 1, образец 1) резко ухудшают все основные характеристики: прозрачность, показатель преломления, область пропускания, лазерная генерация.

Пример 2. Готовят маточный раствор катионов солей заданного состава, исходя из формулы (Y1-xРЗЭx)3Al5O12, формируют путем растворения хлоридов или сульфатов требуемых катионов (иттрия, алюминия и редкоземельных металлов) в воде при нагревании, затем упаривают до уменьшения исходного объема в 2 раза (температура раствора 125°С). Отдельно готовят смесь водного раствора аммиака 25% концентрации, пероксида водорода 30-40% концентрации в соотношении объемов раствор аммиака : раствор пероксида водорода 2:1 и кристаллического карбамида из расчета 90 г на 1 л водного раствора аммиака 25% концентрации, охлажденный до 0°С. Полученный маточный раствор хлоридов или сульфатов требуемых катионов (иттрия, алюминия и редкоземельных металлов) распыляют в смесь водного раствора аммиака 25% концентрации, пероксида водорода 30-40% концентрации в соотношении объемов раствор аммиака : раствор пероксида водорода 2:1 и кристаллического карбамида из расчета 90 г на 1 л водного раствора аммиака 25% концентрации, охлажденный до 0°С. Полученный осадок декантируют в деионизированной воде до pH=7. Влажный осадок высушивают в вакуумном сушильном шкафу при температуре 60-80°С. Продукт слабо агломерирован (фиг. 5) и нуждается в измельчении. В результате прокаливания при 1750°С такого прекурсора целевой продукт (кубический алюмоиттриевый гранат) содержит 100 масс. % (Y1-xPЗЭx)3Al5O12, другие фазы не обнаруживаются (таблица 1, образец 4). Такие образцы обладают хорошим качеством: прозрачность в видимом диапазоне на уровне 85-87%, показатель преломления составляет 1,8169 при 1064 нм, светопропускание в ИК-области спектра 0,7-5,5 мкм не менее 95%, область пропускания вблизи 1 микрона (область лазерной генерации) равна предельному теоретическому.

Пример 3. Готовят маточный раствор катионов солей заданного состава, исходя из формулы (Y1-xРЗЭx)3Al5O12, формируют путем растворения хлоридов или сульфатов требуемых катионов (иттрия, алюминия и редкоземельных металлов) в воде при нагревании, затем упаривают до уменьшения исходного объема в 2 раза (температура раствора 125°С). Отдельно готовят смесь водного раствора аммиака 25% концентрации, пероксида водорода 30-40% концентрации в соотношении объемов раствор аммиака : раствор пероксида водорода 3:1 и кристаллического карбамида из расчета 100 г на 1 л водного раствора аммиака 25% концентрации, охлажденного до 0°С. Полученный маточный раствор хлоридов или сульфатов требуемых катионов (иттрия, алюминия и редкоземельных металлов) распыляют в смесь водного раствора аммиака 25% концентрации, пероксида водорода 30-40% концентрации в соотношении объемов раствор аммиака : раствор пероксида водорода 3:1 и кристаллического карбамида из расчета 100 г на 1 л водного раствора аммиака 25% концентрации, охлажденного до 0°С. Полученный осадок декантируют в деионизированной воде до рН=7. Последнюю стадию декантации и отмывку на воронке Бюхнера проводят пероксидом водорода 30-40% концентрации, что обуславливает окончательное решение поставленной цели изобретения. Влажный осадок высушивают в вакуумном сушильном шкафу при температуре 60-80°С. Продукт практически не агломерирован (фиг. 6) и не нуждается в дезагрегации. В результате прокаливания при 1750°С такого прекурсора целевой продукт (кубический иттрий-алюминиевый гранат) содержит 100 масс. % (Y1-xPЗЭx)3Al5O12, другие фазы не обнаруживаются (таблица 1, образец 5). Такие образцы обладают хорошим качеством: прозрачность в видимом диапазоне на уровне 85-87%, показатель преломления составляет 1,8169 при 1064 нм, светопропускание в ИК-области спектра 0,7-5,5 мкм не менее 95%, область пропускания вблизи 1 микрона (область лазерной генерации) равна предельному теоретическому.

Таким образом, заявленный способ получения малоагломерированных, высокостехиометричных наноразмерных порошков прекурсора является достаточно простым, в результате его использования уменьшается время получения готового продукта, повышается гомогенность и дисперсность полученного продукта, не происходит вымывания катионов алюминия, исчезают другие примесные фазы, которые резко ухудшают все основные характеристики: прозрачность, показатель преломления, область пропускания, лазерная генерация.

Сопоставительный анализ заявляемого изобретения показал, что совокупность существенных признаков заявленного способа получения малоагломерированных, высокостехиометричных наноразмерных порошков прекурсора не известна из уровня техники и значит, соответствует условию патентоспособности «Новизна».

В уровне техники не было выявлено признаков, совпадающих с отличительными признаками заявленного изобретения и влияющих на достижение заявленного технического результата, поэтому заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «Изобретательский уровень».

Приведенные сведения подтверждают возможность применения заявленного способа для получения малоагломерированных, высокостехиометричных наноразмерных порошков прекурсора на основе иттрий-алюминиевого граната с катионами редкоземельных элементов, может быть использован в химической промышленности и поэтому соответствует условию патентоспособности «Промышленная применимость».

Способ получения малоагломерированных высокостехиометричных наноразмерных порошков прекурсора на основе иттрий-алюминиевого граната с катионами редкоземельных элементов, включающий растворение маточного раствора солей, упаривание до концентрированного состояния и распыление в водный раствор аммиака, декантацию в деионизированной воде, фильтрование, последующую сушку и измельчение, отличающийся тем, что осадитель представляет собой смесь, включающую водный раствор аммиака, 30-40%-ный раствор пероксида водорода в объемном соотношении раствор аммиака : раствор пероксида водорода от 2:1 до 3:1, а также кристаллический карбамид из расчета 90-100 г на 1 л 25%-ного водного раствора аммиака; смесь растворов хлоридов или сульфатов иттрия, алюминия и редкоземельных металлов распыляют в смесь осадителя; полученный осадок декантируют в деионизированной воде до рН=7; затем влажный осадок высушивают в вакуумном сушильном шкафу при температуре 60-80°С с последующим прокаливанием при 1750°С для получения 100%-ного однофазного целевого продукта.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к получению материалов на основе стронций-замещенного β-трикальцийфосфата, которые могут быть использованы в качестве тканеинженерных остеопластических материалов для аугментации дефектов трабекулярной костной ткани.

Изобретение относится к способу получения керамики на основе диоксида циркония с трансформируемой тетрагональной кристаллической фазой и может быть использовано для изготовления износостойких деталей сферической формы, например, в качестве мелющего бисера.

Изобретение относится к области металлургии, в частности, применяется для футеровки металлургических агрегатов, например сталеразливочных ковшей, промежуточных ковшей, вакууматоров, для изготовления формованных огнеупоров методом вибролитья и т.д., работающих при температуре до 1750°С.

Изобретение относится к способу получения керамического композита из нитрида кремния, упрочненного нитридом титана, обладающего совокупностью физико-механических свойств, таких как высокая прочность и твердость, низкий коэффициент термического расширения, износостойкость и электрическая проводимость.

Изобретение относится к технологии получения соединений сложных оксидов со структурой граната, содержащих редкоземельные элементы, которые могут быть применены в технологии синтеза оптических керамических материалов лазерного качества при создании активных тел твердотельных лазеров различной геометрии.

Изобретение относится к области получения высоколегированного ионами эрбия прозрачного керамического материала со структурой иттрий-алюминиевого граната (Еr:ИАГ) для использования в качестве лазерного материала в медицине и оптической связи.

Изобретение относится к производству композиционных материалов с керамической матрицей, обладающих повышенной стойкостью к окислению и коррозии при высоких температурах.

Изобретение относится к композиционным пьезоматериалам (КПМ) и может быть использовано для изготовления гидроакустических приёмников, датчиков медицинской ультразвуковой диагностики, эмиссионного контроля, дефектоскопов и других объёмно-чувствительных пьезопреобразователей, а также к технологии изготовления этих материалов.

Группа изобретений относится к области термозащитных и антиокислительных покрытий и может быть использована для повышения химической инертности и температуры эксплуатации изделий, используемых в авиакосмической промышленности, топливо-энергетическом комплексе, в химической промышленности и др.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению футеровки тигля вакуумной индукционной печи для выплавки прецизионных сплавов повышенной чистоты.

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к получению материалов на основе стронций-замещенного β-трикальцийфосфата, которые могут быть использованы в качестве тканеинженерных остеопластических материалов для аугментации дефектов трабекулярной костной ткани.

Изобретение относится к способу получения керамики на основе диоксида циркония с трансформируемой тетрагональной кристаллической фазой и может быть использовано для изготовления износостойких деталей сферической формы, например, в качестве мелющего бисера.

Изобретение относится к способу получения керамики на основе диоксида циркония с трансформируемой тетрагональной кристаллической фазой и может быть использовано для изготовления износостойких деталей сферической формы, например, в качестве мелющего бисера.

Изобретение относится к технологии получения соединений сложных оксидов со структурой граната, содержащих редкоземельные элементы, которые могут быть применены в технологии синтеза оптических керамических материалов лазерного качества при создании активных тел твердотельных лазеров различной геометрии.

Изобретение относится к технологии получения соединений сложных оксидов со структурой граната, содержащих редкоземельные элементы, которые могут быть применены в технологии синтеза оптических керамических материалов лазерного качества при создании активных тел твердотельных лазеров различной геометрии.

Изобретение относится к области получения высоколегированного ионами эрбия прозрачного керамического материала со структурой иттрий-алюминиевого граната (Еr:ИАГ) для использования в качестве лазерного материала в медицине и оптической связи.

Изобретение относится к области получения высоколегированного ионами эрбия прозрачного керамического материала со структурой иттрий-алюминиевого граната (Еr:ИАГ) для использования в качестве лазерного материала в медицине и оптической связи.

Изобретение относится к области получения керамических материалов и может быть использовано для изготовления высокоплотной, в том числе оптической, керамики. В способе изготовления высокоплотных объемных керамических элементов с использованием электрофоретического осаждения (ЭФО) наночастиц используются слабоагрегированные наночастицы оксидов, полученные методами высокоэнергетического физического диспергирования, например методом лазерного испарения материала или методом электрического взрыва проводника.

Изобретение относится к области получения керамических материалов и может быть использовано для изготовления высокоплотной, в том числе оптической, керамики. В способе изготовления высокоплотных объемных керамических элементов с использованием электрофоретического осаждения (ЭФО) наночастиц используются слабоагрегированные наночастицы оксидов, полученные методами высокоэнергетического физического диспергирования, например методом лазерного испарения материала или методом электрического взрыва проводника.
Изобретение относится к технологии получения соединений сложных оксидов со структурой граната, содержащих редкоземельные элементы, которые могут быть применены в технологии синтеза оптических керамических материалов лазерного качества при создании активных тел твердотельных лазеров различной геометрии.
Изобретение относится к технологии получения соединений сложных оксидов со структурой граната, содержащих редкоземельные элементы, которые могут быть применены в технологии синтеза оптических керамических материалов лазерного качества при создании активных тел твердотельных лазеров различной геометрии.

Изобретение относится к технологии получения соединений сложных оксидов со структурой граната, содержащих редкоземельные элементы, которые могут быть применены в технологии синтеза оптических керамических материалов лазерного качества при создании активных тел твердотельных лазеров различной геометрии. Исходный раствор хлоридов требуемых катионов получают путем растворения оксидов иттрия и РЗЭ в концентрированной соляной кислоте, раствор упаривают и распыляют в водный раствор аммиака 25-ной концентрации, содержащий раствор пероксида водорода в объёмном соотношении раствор аммиака : раствор пероксида водорода от 2:1 до 3:1, а также кристаллический карбамид из расчёта 90-1-100 г на 1 л 25-ного водного раствора аммиака. Полученный осадок декантируют в деионизированной воде до рН7. Влажный осадок высушивают в вакуумном сушильном шкафу при температуре 60-80°С. В результате прокаливания при 1750°С такого прекурсора получают 100-ный целевой продукт, не содержащий посторонних фаз. 3 пр., 1 табл., 6 ил.

Наверх