Способ получения мелкокристаллического нелегированного и легированного иттрий-алюминиевого граната

 

Изобретение 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 стенеометрической 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 (C₁-C₃), при 270 - 360^oC и Р_Н2О = 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. 2 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области синтеза неорганических материалов, а именно мелкокристаллического нелегированного и легированного иттрий-алюминиевого граната (ИАГ), используемого как шихта для выращивания монокристаллов ИАГ, применяемых в качестве активных сред в твердотельных лазерах, а также при изготовлении высокотемпературной керамики. Мелкокристаллический иттрий-алюминиевый гранат, легированный ионами редкоземельных и переходных металлов является перспективным люминофором для низковольтных электровакуумных приборов нового поколения.

Известно, что мелкокристаллический ИАГ получают следующим способом: водный раствор, содержащий ионы Y³⁺ и Al³⁺, смешивают с раствором основания при pH 6,5 - 10. Осадок гидроксидов иттрия и алюминия промывают водой, диспергированной в 10 - кратном объеме органического растворителя, высушивают и прокаливают при 500 - 1400^oC. При этом получают мелкокристаллический ИАГ [1].

Недостатками способа является многостадийность способа, приводящего к потерям и загрязнению продукта, а также необходимостью высокотемпературной обработки продукта, что требует использования дорогостоящей аппаратуры.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является гидротермальный метод получения мелкокристаллического ИАГ, при котором стехиометрическая (с мольным соотношением 3:5) смесь порошков оксидов иттрия и алюминия помещают в платиновую капсулу с 8 молярным раствором K₂CO₃. Капсулу помещают в автоклав и выдерживают при 500^oC и 1000 атм в течение 48 часов. Размер выращенных кристаллов ИАГ достигает 0,5 мм. Выход составляет 90 - 95% [2].

Недостатками способа являются содержание в продукте примесных фаз и использование дорогостоящей аппаратуры высокого давления.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение выхода нелегированного и легированного мелкокристаллического иттрий-алюминиевого граната при гидротермальном синтезе.

Поставленная задача достигается в предлагаемом способе тем, что гидротермальную обработку проводят в 1 - 3% водных растворах активаторов, в качестве которых используют соли щелочных металлов и аммония предельных органических кислот (C₁ - C₃), при 270 - 360^oC и P_H20 = 56 - 190 атм.

Предложенным способом получают мелкокристаллический иттрий-алюминиевый гранат нелегированный и легированный ионами неодима или хрома путем введения в исходную смесь оксидов иттрия и алюминия добавок неодим- или хромсодержащих компонентов.

Использование активаторов позволяет получать однофазный продукт. Снижение концентрации активатора ниже 1% приводит к неоднофазному продукту, использование концентраций выше 3% нецелесообразно. Проведение синтеза при температурах и соответствующих давлениях, выходящих за указанные интервалы, также дает неоднофазный продукт.

Предлагаемый способ получения нелегированного и легированного мелкокристаллического иттрий-алюминиевого граната иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. 1,00 г оксида алюминия смешивают с 1,329 г оксида иттрия и помещают во вкладыш автоклава объемом 15 мл. Во вкладыш наливают 2 мл водного раствора ацетата аммония с концентрацией 1,3 мас.% и перемешивают с оксидами до образования суспензии. Вкладыш помещают в автоклав, который герметизируют, нагревают до 300^oC и выдерживают при этой температуре и P_H20 = 85 атм в течение 24 часов. Полученный продукт представляет собой однофазный (100%) мелкокристаллический ИАГ с размером кристаллов 0,5 - 2 мкм.

Пример 2. 1,00 г оксида алюминия смешивают с 1,316 г оксида иттрия и 0,02 г оксида неодима и помещают во вкладыш автоклава объемом 15 мл. Во вкладыш наливают 2 мл водного раствора формиата натрия с концентрацией 2 мас.% и перемешивают с оксидами до образования суспензии. Вкладыш помещают в автоклав, который герметизируют, нагревают до 300^oC и выдерживают при этой температуре и P_H20 = 85 атм в течение 24 часов. Полученный продукт представляет собой мелкокристаллический ИАГ, легированный 1 ат % неодима, с размером кристаллов 0,5 - 2 мкм.

Пример 3. 1,00 г оксида алюминия смешивают с 1,356 г оксида иттрия и помещают во вкладыш автоклава объемом 15 мл. Во вкладыш наливают 1,5 мл 1,5% водного раствора дихромата аммония, добавляют 0,5 мл раствора оксалата натрия и перемешивают с оксидами до образования суспензии. Вкладыш помещают в автоклав, который герметизируют, нагревают до 300^oC и выдерживают при этой температуре и P_H20 = 85 атм в течение 24 часов. Полученный продукт представляет собой мелкокристаллический ИАГ, легированный 2 ат % хрома, с размером кристаллов 0,5 - 2 мкм.

Примеры синтеза нелегированного и легированного мелкокристаллического ИАГ при других условиях приведены в таблице.

Таким образом, предлагаемый способ синтеза нелегированного и легированного мелкокристаллического ИАГ позволит повысить выход данного продукта. Экологичность способа синтеза и чистота получаемых кристаллов обусловлены одностадийностью процесса и герметичностью автоклава.

Литература 1. Патент Японии JP 09110420 A2 28 Apr 1997 Heisei, 9 pp. Источник: Реф. журнал Chemical Abstracts V.127 (1997) реф. N 52981.

2. Puttbach R.C., Monchamp R R., and Nielsen J. W., "Hydrothermal Growth of Y₃Al₅O₁₂"; J. Phys. and Chem. Solids", 1967, suppe N 1, 569-571.

Формула изобретения

1. Способ получения мелкокристаллического иттрий-алюминиевого граната гидротермальной обработкой стехиометрической смеси оксидов иттрия и алюминия, отличающийся тем, что обработку проводят в 1 - 3%-ных водных растворах активаторов, в качестве которых используют соли щелочных металлов и аммония предельных органических кислот (С₁ - С₃), при 270 - 360^oC и Р_Н20 = 56 - 190 атм.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что проводят гидротермальную обработку исходных реагентов с добавлением оксида неодима.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что проводят гидротермальную обработку исходных реагентов с добавлением дихромата аммония.

РИСУНКИ

Рисунок 1