Способ получения боридов редкоземельных металлов

 

Изобретение относится к неорганической химии, а именно к способу получения боридов редкоземельных металлов, которые могут быть использованы при производстве термокатодных материалов. Способ заключается в том, что в качестве исходных соединений используют оксиды или хлориды редкоземельных металлов и бор. В качестве восстановителя используют гидрид лития. Проводят термическую обработку исходных соединений в присутствии восстановителя при 850-1100^oС. После термической обработки реакционную смесь промывают водой, сушат. Результат изобретения - упрощение процесса за счет проведения его при более низкой температуре, получение мелкодисперсного продукта, исключение загрязнения продукта побочным веществом.

Изобретение относится к неорганической химии, а именно к способу получения боридов редкоземельных металлов (в том числе лантана и церия), которые могут быть использованы при производстве термокатодных материалов.

Известен способ получения боридов синтезом из элементов в вакууме или в атмосфере водорода, или электрохимическим методом [1].

Недостатком известных способов является то, что редкоземельные элементы очень реакционноактивны и приготовление исходной смеси металла и бора для синтеза вызывает большие трудности. Электрохимический способ не позволяет получать продукты высокого качества из-за наличия примесей.

Известен способ [2] , в котором использован гидрид лития для получения гидридов редкоземельных металлов.

Известен способ [3], в котором получение боридов ведут прокаливанием при температуре 1500 - 1600^oC смеси порошков оксида редкоземельного металла и карбида бора (B₄С) в вакууме.

Недостатком способа является сложность процесса в вакууме, а также применение высокой температуры, при которой происходит заметная кристаллизация и образование довольно крупных кристаллов конечного продукта (борида редкоземельного металла), затрудняющих пластическую операцию приготовления термокатодов.

Наиболее близким способом-прототипом является способ, в котором получение боридов редкоземельных металлов ведут термообработкой хлоридов или фторидов редкоземельных металлов с бором в присутствии восстановителя - металлического алюминия при 1000 - 1300^oC для хлоридов и 1000 - 1400^oC для фторидов с последующей промывкой реакционной смеси водой и отделением осадка [4].

Недостатком способа является трудность получения безводных хлоридов и фторидов и загрязнение конечного продукта не растворимым в воде оксидом алюминия из-за присутствия следов воды и кислорода и высокая температура процесса.

Задача изобретения - упрощение процесса получения боридов путем проведения при более низкой температуре синтеза, что приводит к получению мелкодисперсного конечного продукта, и исключение загрязнения нерастворимым побочным веществом конечного продукта.

Поставленная задача решается тем, что термическую обработку ведут при 850 - 1100^oC, в качестве восстановителя используют гидрид лития, а в качестве исходных соединений используют оксиды или хлориды редкоземельных металлов. После термической обработки целевой продукт реакции промывают водой и высушивают.

Отличительными признаками изобретения являются реагенты, восстановитель и режим термической обработки.

Упрощение способа достигается проведением синтеза при более низкой температуре, использованием сильного восстановителя (не дающего нерастворимого соединения), что приводит к ускорению процесса образования конечного продукта. При указанных режимах проведения синтеза средняя величина зерна конечного продукта не превышает 5 - 8 мкм.

Применимость способа иллюстрируется примерами.

Пример 1. Тигель из стали (марка I X 18 H 9 T) с шихтой из оксида лантана (5,432 г), бора (2,885 г) и гидрида лития (1,61 г) помещают в кварцевый реактор с продувкой инертным газом и устанавливают в печь. Температуру печи в течение 1 - 2 ч повышают до 1000^oC и после выдержки при этой температуре в течение 1 - 2 ч нагрев отключают. После охлаждения образовавшийся продукт отмывают в воде при комнатной температуре и высушивают. Продукт содержит, мас. %: La - 67,95, B - 31,76; по данным рентгенофазового анализа продукт представляет собой соединение LaB₆. Количественный выход - не менее 95%.

Пример 2. Тигель из стали (марка I X 18 H 9 T) с шихтой из диоксида церия (5,742 г), бора (3,422 г) и гидрида лития (1,61 г) помещают в кварцевый реактор с продувкой инертным газом и устанавливают в печь. Температуру печи повышают в течение 1 - 2 ч до 1000^oC и после выдержки в течение 1 - 2 ч при этой температуре нагрев отключают. После охлаждения продукт отмывают в воде при комнатной температуре и высушивают. Продукт содержит, мас.%: Ce - 68,13, B - 31,50. По данным рентгенофазового анализа, продукт представляет собой соединение CeB₆. Количественный выход - не менее 95%.

Пример 3. Тигель из стали (марка I X 18 H 9 T) с шихтой из хлорида лантана (22,83 г), бора (7,5 г) и гидрида лития (2,5 г) помещают в кварцевый реактор с продувкой инертным газом и устанавливают в печь. Температуру печи повышают со скоростью 10 град/мин до 850^oC и после выдержки в течение 1 ч при этой температуре повышают температуру до 1100^oC выдерживают в течение 2 ч. После охлаждения продукт отмывают в воде при комнатной температуре и высушивают. Продукт содержит, мас. %: La - 68,03, B - 31,70. По данным рентгенофазового анализа, продукт представляет собой соединение LaB₆. Количественный выход - не менее 93,5%.

Источники информации 1. Г.В. Самсонов, Ю.Б. Падерно. Бориды редкоземельных металлов. Изд. АН Укр. ССР, Киев, 1961, стр. 39 -54.

2. А. А. Камарзин, В.В. Соколов, Л.Н. Трушникова, М.В. Савельева, Ю.А. Стонога. Пат. N 2013460, РФ, МКИ 5 C 22 B 59/00. Опубл. Б.И. N 10, 94 г.

3. Г. В. Самсонов, Ю. Б. Падерно. А.С. N 121561, СССР, МКИ 40 A, 51. Опубл. Б.И. N 15, 59 г.

4. Пат. N 4999176, США, кл. C 01 B 35/02 от 13.03.91 г.

Формула изобретения

Способ получения боридов редкоземельных металлов, включающий термическую обработку исходных соединений редкоземельных металлов и бора в присутствии восстановителя и промывку реакционной смеси после термической обработки водой, отличающийся тем, что термическую обработку ведут при 850 - 1100^oC, в присутствии в качестве восстановителя - гидрида лития, в качестве исходных соединений используют оксиды или хлориды редкоземельных металлов и после промывки водой реакционную смесь сушат.