Способ получения сложного оксида железа и кобальта



Способ получения сложного оксида железа и кобальта
Способ получения сложного оксида железа и кобальта
Способ получения сложного оксида железа и кобальта

Владельцы патента RU 2711253:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к способу получения кислородпроводящей и магнитной керамики на основе сложного оксида железа и кобальта и может быть использовано при изготовлении мембран для сепарации кислорода, катализаторов дожигания выхлопных газов, электродов для химических источников тока, датчиков тока и магнитного поля, логических элементов. Способ получения сложного оксида железа и кобальта состава Ca1-xYxBaFe4-yCoyO7+δ, где 0≤x≤1, 0<y<4 включает получение раствора смеси нитратов соответствующих металлов путем растворения исходных реагентов в стехиометрическом соотношении в 1-мольном растворе азотной кислоты с добавлением органического гелеобразующего агента, нагревание и выдержку раствора при 200°С до образования порошкового продукта, последующий отжиг в две стадии с промежуточным перетиранием продукта и быстрое охлаждение до комнатной температуры. В качестве органического гелеобразующего агента используют двузамещенный цитрат аммония при соотношении нитратных групп, связанных с катионами соответствующих металлов, к двузамещенному цитрату аммония, равном 1,8-2,0:1. Отжиг осуществляют со скоростью нагрева 10-20°С/мин до температуры 390-410°С и выдержкой в течение 2-2,5 часов на первой стадии и со скоростью нагрева 10-20°С до температуры 900-950°С и выдержкой в течение 10-12 часов на второй стадии. Способ позволяет значительно сократить время проведения процесса и снизить температуру отжига. 3 ил., 3 пр.

 

Изобретение относится к способу получения кислородпроводящей и магнитной керамики на основе сложного оксида железа и кобальта и может быть использовано при изготовлении мембран для сепарации кислорода, катализаторов дожигания выхлопных газов, электродов для химических источников тока, датчиков тока и магнитного поля, логических элементов.

Известен способ получения сложного оксида состава RBaX4O7, где R - Y,Ca; X - Co,Fe, Al, Zn; путем твердофазного синтеза, включающий тщательное перемешивание оксидов соответствующих металлов, взятых в стехиометрическом соотношении, нагрев со скоростью 5°С мин-1 до 1100°С с последующим измельчением продукта и повторной термообработкой при температуре 1200°С в течение 20 часов.

Недостатком известного способа является неоднородность по химическому составу и низкая дисперсность полученного продукта вследствие недостаточной гомогенизации смеси в процессе синтеза. Кроме того, необходимость использования высоких температур может привести к взаимодействию продукта с материалом тигля и, как следствие, к загрязнению конечного продукта.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ получения сложного оксида на основе кобальта и железа состава AjBkCmDnO7+δ, где A – Y, Ca; B – Ba; C и D – Co и Fe; включающий получение раствора смеси нитратов соответствующих металлов путем растворения в концентрированной азотной кислоте с добавлением в раствор ЭДТА (этилендиаминтетрауксусная кислота) и аммиачной воды, нагревание смеси до 200°С с целью удаления влаги и получение порошка, который помещают в алюминиевый тигель и нагревают со скоростью 2°С/мин до 1000°С и выдерживают при этой температуре в атмосфере воздуха в течение 10 часов, полученный продукт измельчают, прессуют и нагревают со скоростью 2°С/мин до 1100°С и выдерживают при этой температуре в атмосфере воздуха в течение 24 часов с последующим быстрым охлаждением до комнатной температуры (Appl. US 2009/0206297; МПК C04B 35/50, C09K 5/14, C01B 13/00; 2009 год)(прототип).

Недостатком известного способа является его сложность, обусловленная, во-первых, необходимостью постоянной корректировки рН аммиачного раствора ЭДТА во избежание выпадения осадка, во-вторых, длительностью и высокими температурами отжига.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать простой и надежный способ получения сложного оксида кобальта и железа за счет снижения температуры и уменьшения длительности стадии отжига, а также отсутствия необходимости в создании особых условий проведения процесса.

Поставленная задача решена в способе получения сложного оксида железа и кобальта состава Ca1-xYxBaFe4-yCoyO7+δ, где 0≤x≤1, 0<y<4 включающем получение раствора смеси нитратов соответствующих металлов путем растворения исходных реагентов в стехиометрическом соотношении в 1-мольном растворе азотной кислоты (каждый в 100 мл) с добавлением органического гелеобразующего агента, нагревание и выдержку раствора при 200°С, последующий отжиг в две стадии с промежуточным перетиранием продукта и быстрое охлаждение до комнатной температуры, в котором в качестве органического гелеобразующего агента используют двузамещенный цитрат аммония при соотношении нитратных групп, связанных с катионами соответствующих металлов, к двузамещенному цитрату аммония, равном 1,8÷2,0:1, а отжиг осуществляют со скоростью нагрева 10-20°С/мин до температуры 390-410°С и выдержкой в течение 2-2,5 часов на первой стадии и со скоростью нагрева 10-20°С/мин до температуры 900-950°С и выдержкой в течение 10-12 часов на второй стадии.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ получения сложного оксида кобальта и железа состава Ca1-xYxBaFe4-yCoyO7+δ, 0≤x≤1, 0<y<4 с использованием в качестве органического гелеобразующего агента двузамещенного цитрата аммония и проведение процесса в предлагаемых авторами условиях.

Исследования, проведенные авторами, позволили установить, что применение цитрата аммония двузамещенного в качестве гелеобразующего агента позволяет значительно увеличить интенсивность процесса горения гелеобразной массы, которая образуется в результате выпаривания раствора смеси нитратов соответствующих металлов, за счет наличия высоких горючих свойств цитрата аммония двузамещенного. При этом существенным является количество используемого 2-замещенного цитрата аммония. Так, при увеличении соотношения нитратных групп, связанных с катионами соответствующих металлов, к двузамещенному цитрату аммония более 2 : 1, конечный продукт будет загрязнен примесями. Снижение соотношения менее 1,8 : 1 приводит к неоправданному расходу цитрата аммония двузамещенного. Высокая горючесть цитрата аммония двузамещенного позволяет не только значительно снизить температурный интервал проведения, как первой, так и второй стадий отжига, но и значительно сократить время их проведения, поскольку обеспечивает ускорение реакции взаимодействия реагентов.

Предлагаемый способ получения сложного оксида железа и кобальта состава Ca1-xYxBaFe4-yCoyO7+δ, где 0≤x≤1, 0<y<4, может быть осуществлен следующим образом. Каждый из исходных реагентов, взятых в стехиометрическом количестве, растворяют в 1-мольном растворе азотной кислоты (каждый в 100 мл) до полного растворения. Полученные растворы нитратов соответствующих металлов смешивают в термостойком стакане и добавляют цитрат аммония двузамещенный (C6H14N2O7) в количестве, отвечающем соотношению нитрогрупп NO3-, связанных с катионами соответствующих металлов, к цитрату аммония 2-замещенному, равным 1,8÷2,0:1. Полученную смесь выдерживают на воздухе при температуре 200°С до образования порошкового продукта. Продукт перетирают и нагревают до температуры 390-410°С со скоростью 10-20°С/мин, и выдерживают 2-2,5 часа, затем охлаждают и вновь перетирают. После чего вновь нагревают до температуры 900-950°С со скоростью 10-20°С/мин и прокаливают в течение 10-12 часов. В результате получают сложный оксид темно серого цвета, представляющий собой твердый раствор на основе оксида железа и кобальта состава Ca1-xYxBaFe4-yCoyO7+δ, где 0≤x≤1, 0<y<4. Согласно данным рентгенофазового анализа полученный материал не содержит примесей и представляет собой индивидуальную фазу, которая характеризуется гексагональной структурой сведенборгита (пр. гр. P63mc) (фиг. 1). Комбинацией методов электронной микроскопии и рентгеновского энергодисперсионного микроанализа проведена оценка микроструктуры и катионного состава полученной керамики. Из снимков, полученных на растровом электронном микроскопе (JSM-6390 LA) видно, что полученная керамика состоит из частиц размером порядка 0,5-1,0 мкм (фиг. 2). На полученных энергодисперсионных спектрах отсутствуют следы примесных катионов (фиг. 3).

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами конкретного исполнения:

Пример 1.

Берут 0,9994 г оксида иттрия (Y2O3), 1,3570 г оксида бария (BaO), 1,4845 г карбонильного железа (Fe) и 0,7105 г оксида кобальта (Co3O4), что соответствует стехиометрии. Исходные реагенты растворяют в 1-мольном растворе азотной кислоты (каждый в 100 мл), после чего растворы смешивают в термостойком стакане и добавляют 16,0173 г цитрата аммония 2-замещенного (C6H14N2O7), что соответствует соотношению нитрогрупп NO3-, связанных с катионами соответствующих металлов, к цитрату аммония 2-замещенному, равным 2 : 1. Полученную смесь выдерживают на воздухе при температуре 200°С до образования порошкового продукта. Продукт перетирают и нагревают до температуры 390°С со скоростью 10°С/мин, и выдерживают 2 часа, затем охлаждают и вновь перетирают. После чего вновь нагревают до температуры 900°С со скоростью 10°С/мин и прокаливают в течение 10 часов. После чего проводят быстрое охлаждение образца до комнатной температуры, получают готовый продукт – сложный оксид темно серого цвета, представляющий собой твердый раствор на основе оксида кобальта и железа состава YBaFe3CoO7. Аттестацию полученного продукта проводят методами рентгенофазового анализа, растровой электронной микроскопии и рентгеновского энергодисперсионного микроанализа.

Пример 2.

Берут 0,5194 г оксида иттрия (Y2O3), 0,2576 г оксида кальция (CaO), 1,4105 г оксида бария (BaO), 1,0286 г карбонильного железа (Fe) и 1,4770 г оксида кобальта (Co3O4), что соответствует стехиометрии. Исходные реагенты растворяют в 1-мольном растворе азотной кислоты (каждый в 100 мл), после чего растворы смешивают в термостойком стакане и добавляют 15,8813 г цитрата аммония 2-замещенного (C6H14N2O7), что соответствует соотношению нитрогрупп NO3-, связанных с катионами соответствующих металлов, к цитрату аммония 2-замещенному, равным 1,9 : 1. Полученную смесь выдерживают на воздухе при температуре 200°С до образования порошкового продукта. Продукт перетирают и нагревают до температуры 410°С со скоростью 20°С/мин, и выдерживают 2,5 часа, затем охлаждают и вновь перетирают. После чего вновь нагревают до температуры 950°С со скоростью 20°С/мин и прокаливают в течение 12 часов. После чего проводят быстрое охлаждение образца до комнатной температуры, получают готовый продукт – сложный оксид темно серого цвета, представляющий собой твердый раствор на основе оксида кобальта и железа состава Y0.5Ca0.5BaCo2Fe2O7+δ. Аттестацию полученного продукта проводят методами рентгенофазового анализа, растровой электронной микроскопии и рентгеновского энергодисперсионного микроанализа.

Пример 3.

Берут 0,5364 г оксида кальция (CaO), 1,4683 г оксида бария (BaO), 0,5354 г карбонильного железа (Fe) и 2,3063 г оксида кобальта (Co3O4), что соответствует стехиометрии. Исходные реагенты растворяют в 1-мольном растворе азотной кислоты (каждый 100 мл), после чего растворы смешивают в термостойком стакане и добавляют 15,6456 г цитрата аммония 2-замещенного (C6H14N2O7), что соответствует соотношению нитрогрупп NO3-, связанных с катионами соответствующих металлов, к цитрату аммония 2-замещенному, равным 1,8 : 1. Полученную смесь выдерживают на воздухе при температуре 200°С до образования порошкового продукта. Продукт перетирают и нагревают до температуры 400°С со скоростью 20°С/мин, и выдерживают 2,5 часа, затем охлаждают и вновь перетирают. После чего вновь нагревают до температуры 900°С со скоростью 20°С/мин и прокаливают в течение 12 часов. После чего проводят быстрое охлаждение образца до комнатной температуры, получают готовый продукт – сложный оксид темно серого цвета, представляющий собой твердый раствор на основе оксида кобальта и железа состава CaBaFeCo3O7. Аттестацию полученного продукта проводят методами рентгенофазового анализа, растровой электронной микроскопии и рентгеновского энергодисперсионного микроанализа.

Таким образом, авторами предлагается простой, надежный способ получения однофазной, плотной, мелкодисперсной керамики на основе сложного оксида железа и кобальта, позволяющий значительно сократить время проведения процесса и снизить температуру отжига.

Способ получения сложного оксида железа и кобальта состава Ca1-xYxBaFe4-yCoyO7+δ, где 0≤x≤1, 0<y<4, включающий получение раствора смеси нитратов соответствующих металлов путем растворения исходных реагентов в стехиометрическом соотношении в 1-мольном растворе азотной кислоты с добавлением органического гелеобразующего агента, нагревание и выдержку раствора при 200°С до образования порошкового продукта, последующий отжиг в две стадии с промежуточным перетиранием продукта и быстрое охлаждение до комнатной температуры, отличающийся тем, что в качестве органического гелеобразующего агента используют двузамещенный цитрат аммония при соотношении нитратных групп, связанных с катионами соответствующих металлов, к двузамещенному цитрату аммония, равном 1,8-2,0:1, а отжиг осуществляют со скоростью нагрева 10-20°С/мин до температуры 390-410°С и выдержкой в течение 2-2,5 ч на первой стадии и со скоростью нагрева 10-20°С до температуры 900-950°С и выдержкой в течение 10-12 ч на второй стадии.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к изготовлению керамических изделий из порошка. Способ включает прессование порошка с одновременным электроимпульсным спеканием.
Изобретение относится к технологии керамических пьезоэлектрических, диэлектрических, ферромагнитных и смешанных материалов на основе фаз кислородно-октаэдрического типа (например, со структурой типа перовскита), применяемых в полупроводниковой, пьезоэлектрической и радиоэлектронной технике, в частности, для изготовления гидроакустических устройств, приборов СВЧ, УЗ диапазонов, а также приборов точного позиционирования объектов (литография, туннельные растровые микроскопы) и т.д.

Настоящее изобретение относится к способу спекания прессованного порошка по меньшей мере одного оксида металла, выбранного из актинидов и лантанидов, для производства гранул ядерного топлива.

Изобретение относится к способам получения высокопрочных материалов, а именно композиционной керамики на основе стабилизированного диоксида циркония и корунда с добавлением диоксида кремния.

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 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 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 производства изделий из порошковых материалов, а именно к изготовлению изделий методом горячего прессования преимущественно карбидной керамики, и может быть использовано в производстве абразивного инструмента, конструкционной керамики, бронекерамики.

Изобретение относится к керамическому расклинивающему агенту. Способ получения керамического расклинивающего агента, включающий стадии: а) подготовку, включающую измельчение исходных материалов, содержащих магнийсодержащий материал, который представляет собой материал на основе силиката магния, выбранный из перидотитов, включая оливины, дунит, серпентинит, и вспомогательных материалов с получением шихты; б) гранулирование шихты с получением гранул предшественника расклинивающего агента; и в) обжиг гранул предшественника расклинивающего агента с получением гранул расклинивающего агента, причем способ включает стадию предварительного обжига магнийсодержащего материала в восстановительной атмосфере, которую проводят перед стадией а).

Изобретение относится к керамическим композиционным материалам, армированным гомогенно диспергированными нитевидными кристаллами карбида кремния, и может быть использовано при изготовлении теплонагруженных узлов и деталей перспективных газотурбинных двигателей, работающих при температурах до 1500°C на воздухе и в продуктах сгорания топлива.

Изобретение относится к области керамических материалов на основе тетрагонального диоксида циркония и способу его получения. Материал может быть использован для изготовления изделий конструкционного и медицинского назначения, преимущественно для каркасов цельнокерамических реставраций в стоматологии.

Изобретение относится к железным и железооксидным микроразмерным трубкам и способу их получения. Полученные микроразмерные трубки могут быть использованы как наполнители для полимерных и керамических матриц, микрореакторы, системы транспорта, электропроводящие и магнитные элементы, сорбенты токсичных ионов металлов, мембраны и фильтры.

Изобретение относится к технологии получения окислительно-стойких ультравысокотемпературных керамических композиционных материалов состава MB2/SiC, где М=Zr и/или Hf с нанокристаллическим карбидом кремния, которые могут быть использованы в качестве окислительно-, химически- и эрозионно-стойких материалов в потоках воздуха при температурах выше 2000°С, для создания авиационной, космической и ракетной техники, отопительных систем, теплоэлектростанций, а также в технологиях атомной энергетики, в химической и нефтехимической промышленности.

Изобретение относится к неорганической химии и неорганическому материаловедению, конкретно к получению порошковых материалов состава MB2-SiC, где М = Zr, Hf, содержащих нанокристаллический карбид кремния.

Изобретение относится к способу получения плотной мелкозернистой керамики из композитного порошка на основе оксидов алюминия, магния, церия и циркония и может быть использовано в производстве медицинской керамики для эндопротезирования, катализаторов и других изделий.

Изобретение относится к получению каталитических мембран способом «золь-гель» и может быть использовано в каталитических мембранных реакторах конверсии метана. Способ получения комплекса "золь-гель" по меньшей мере из четырех солей металлов M1, M2, M3, и M4, приемлемых и предназначенных для получения материала типа перовскита, соответствующего общей формуле (I): A(1-x)A'xB(1-y-u)B'yB"uΟ3-δ (I), включает в себя стадии получения водного раствора водорастворимых солей элементов A, A', B, B' и при необходимости В" в стехиометрических соотношениях, необходимых для получения материала, определенного ранее; получения водно-спиртового раствора по меньшей мере одного неионогенного поверхностно-активного вещества (ПАВ) в спирте, выбранном из метанола, этанола, пропанола, изопропанола или бутанола, смешанном с водным раствором аммиака в пропорции, достаточной для обеспечения полной солюбилизации неионогенного ПАВ в водно-спиртовом растворе, причем концентрация неионогенного ПАВ в водно-спиртовом растворе меньше критической мицеллярной концентрации; получения золя из указанных компонентов; сушки золя выпариванием растворителя.

Изобретение относится к способам получения наноразмерного порошкообразного стабилизированного диоксида циркония и может быть использовано для изготовления вакуумноплотной наноструктурированной керамики: твердых электролитов, сенсоров полноты сгорания топлива, мембран для твердооксидных топливных элементов; наномодифицированных органических и неорганических материалов; порошковых покрытий на металлах.

Изобретение относится к керамическим материалам, в частности к получению полых керамических волокон, используемых для изготовления капилляров, мембран, фильтров, разделителей в отсеках батарей и композиционных материалов.
Изобретение относится к способу получения прозрачной керамики алюмоиттриевого граната (ИАГ), в том числе легированной ионами редкоземельных металлов (Nd, Yb, Tm, Но, Er), которая может быть использована в качестве активной лазерной среды, либо люминофоров и сцинтилляторов (при легировании ионами Ce, Pr, Tb, Eu, Sm).

Изобретение относится к области производства оптических материалов. Технический результат изобретения заключается в повышении оптической прозрачности в УФ и ИК-областях спектра, механической прочности.

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 способу получения кислородпроводящей и магнитной керамики на основе сложного оксида железа и кобальта и может быть использовано при изготовлении мембран для сепарации кислорода, катализаторов дожигания выхлопных газов, электродов для химических источников тока, датчиков тока и магнитного поля, логических элементов. Способ получения сложного оксида железа и кобальта состава Ca1-xYxBaFe4-yCoyO7+δ, где 0≤x≤1, 0<y<4 включает получение раствора смеси нитратов соответствующих металлов путем растворения исходных реагентов в стехиометрическом соотношении в 1-мольном растворе азотной кислоты с добавлением органического гелеобразующего агента, нагревание и выдержку раствора при 200°С до образования порошкового продукта, последующий отжиг в две стадии с промежуточным перетиранием продукта и быстрое охлаждение до комнатной температуры. В качестве органического гелеобразующего агента используют двузамещенный цитрат аммония при соотношении нитратных групп, связанных с катионами соответствующих металлов, к двузамещенному цитрату аммония, равном 1,8-2,0:1. Отжиг осуществляют со скоростью нагрева 10-20°Смин до температуры 390-410°С и выдержкой в течение 2-2,5 часов на первой стадии и со скоростью нагрева 10-20°С до температуры 900-950°С и выдержкой в течение 10-12 часов на второй стадии. Способ позволяет значительно сократить время проведения процесса и снизить температуру отжига. 3 ил., 3 пр.

Наверх