Способ получения фторсодержащего полирующего материала
Владельцы патента RU 2270171:
Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" (ОАО ЧМЗ) (RU)
Изобретение относится к химической технологии получения соединений редкоземельных элементов и может быть использовано в производстве полирующего материала для обработки оптического стекла. Способ получения фторсодержащего полирующего материала включает фторирование карбонатов редкоземельных элементов и прокаливание фторированных карбонатов. Карбонаты редкоземельных элементов готовят их осаждением из раствора хлоридов редкоземельных элементов раствором карбоната натрия на заранее подготовленные центры кристаллизации - затравку, полученную путем осаждения из раствора хлоридов редкоземельных элементов концентрацией 60÷70 г/л раствором карбоната натрия концентрацией 60÷70 г/л при температуре 20÷25°С, рН раствора 4,6÷4,9 и времени кристаллизации 1-1,5 часа. После осаждения карбонатов проводят их отмывку. Технический результат: получение фторсодержащего полирующего материала с размерами частиц 0,8÷1,0 мкм, пригодного для полирования деталей точной оптики. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к химической технологии получения соединений редкоземельных элементов (далее РЗЭ) и может быть использовано в производстве полирующего материала для обработки оптического стекла.
Известно, что одним из компонентов, оказывающим положительное влияние на свойства редкоземельных полирующих материалов, является фтор (Михайличенко А.И. и др. Редкоземельные металлы, Москва, Металлургия, 1987, с.149).
Известен способ получения полировального порошка термообработкой смеси карбонатов редкоземельных элементов, в которую предварительно вводят бифторидамонний при массовом соотношении смеси карбонатов редкоземельных элементов и бифторидаммония 82÷92:8÷18 (SU 1047944, C 09 G 1/02, опубликован 15.10.83). Известный способ позволяет повысить полирующую способность порошка за счет фторирования карбонатов при заданном соотношении компонентов перед термообработкой. Однако по этому способу получаются крупные полировальные порошки с диаметром более 1,2 мкм, непригодные для обработки оптических деталей с высоким классом чистоты поверхности.
Изобретением решается задача получения фторсодержащего полирующего материала, пригодного для полирования деталей точной оптики, за счет уменьшения размеров частиц до 0,8÷1,0 мкм.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе получения фторсодержащего полирующего материала, включающем фторирование карбонатов редкоземельных элементов и прокаливание фторированных карбонатов, карбонаты готовят их осаждением из растворов хлоридов редкоземельных элементов раствором карбоната натрия на заранее подготовленные центры кристаллизации - «затравку», полученную осаждением из раствора хлоридов редкоземельных элементов концентрацией 60÷70 г/л раствором карбоната натрия концентрацией 60÷70 г/л при температуре 20÷25°С, рН раствора 4,6÷4,9 и времени кристаллизации 1÷1,5 часа. После осаждения карбонатов проводят их отмывку.
Получение «затравки» в заявляемых условиях обеспечивает переход осадка «затравки» из аморфного состояния в кристаллическое, при этом сильно разориентированные в пространстве первичные частицы осадка постепенно занимают упорядоченное положение с образованием более крупных вторичных частиц - начало образования кристаллов. Осаждение карбонатов редкоземельных элементов на полученную таким образом «затравку» в сочетании с последующим фторированием и прокаливанием обусловливает достижение технического результата - получение фторсодержащего полирующего материала с размером частиц 0,8÷1,0 мкм, что подтверждается экспериментально.
Для наилучшей реализации способа осаждение карбонатов проводят при температуре 20÷25°С из раствора хлоридов редкоземельных элементов концентрацией 60÷70 г/л раствором карбоната натрия концентрацией 60÷70 г/л и времени кристаллизации не менее 20 часов.
Температура получения «затравки» 20÷25°С оказывается достаточной для получения порошков крупностью 0,8÷1,0 мкм. При температуре осаждения более 25°С происходит процесс гидролиза карбонатов с образованием мелких гидроксокарбонатов РЗЭ, после прокалки которых получаются крупные и неоднородные порошки с размерами частиц 1,0÷1,5 мкм.
При кристаллизации «затравки» менее 1 часа образуется вязкий аморфный осадок, и при дальнейшем осаждении на него получаются мелкие кристаллы карбонатов РЗЭ, которые спекаются в процессе прокаливания. В результате получаются неоднородные порошки размером 0,9÷1,5 мкм. Увеличение времени кристаллизации "затравки" более 1,5 часов приводит к совершенствованию структуры осадка (первичные и вторичные частицы занимают упорядоченное положение - образуются кристаллы). В результате получаются неоднородные порошки с размером частиц 0,9÷1,3 мкм.
Оптимальные значения концентраций растворов солей РЗЭ и карбоната натрия - 60÷70 г/л и рН 4,6÷4,9 при получении «затравки», способствующие получению полирующего материала с размером частиц 0,8÷1,0 мкм, были получены экспериментально.
Время кристаллизации карбонатов редкоземельных элементов не менее 20 часов достаточно для получения полировальных порошков с улучшенной структурой (зернистое строение и средняя прочность).
При кристаллизации карбонатов менее 20 часов получаются менее прочные порошки, что приводит к снижению качества полируемой поверхности (сохраняются неровности поверхности).
Получение полировального порошка по предлагаемому способу осуществляли следующим образом.
Пример 1
В реакторе осаждения готовили «затравку» - в исходный раствор хлоридов РЗЭ концентрацией 60÷70 г/л по сумме оксидов РЗЭ добавляли раствор карбоната натрия с концентрацией 60÷70 г/л до достижения рН 4,6÷4,9. Осадок кристаллизовали 1 час. Температура процесса составляла 20÷25°С. Осаждение карбонатов проводили на «затравку» - одновременно приливали раствор хлоридов РЗЭ концентрацией 60÷70 г/л по сумме оксидов РЗЭ и раствор карбоната натрия с концентрацией 60÷70 г/л, поддерживая рН осаждения 5,0, температуру 20÷25°С. Осаждение проводили в течение 20 часов. Затем фильтровали и промывали осадок, после чего фторировали его бифторидом аммония и прокаливали при температуре 950°С. В результате получали конечный продукт - порошок фторсодержащего полировального материала с размерами частиц 0,8÷1,0 мкм.
Аналогично в примерах 2-15 осуществляли получение фторсодержащего полировального материала при различных параметрах получения «затравки» и осаждения карбонатов. Результаты представлены в таблице.
| Таблица Влияние параметров получения «затравки» и осаждения карбонатов на размеры частиц фторсодержащего полировального материала | |||||||
| Пример | Условия осаждения "затравки" | Условия осаждения карбонатов РЗЭ | Размеры частиц, мкм | ||||
| Температура, °С | рН среды | Время кристаллизации, час | Температура, °С | рН среды | Время кристаллизации, час | ||
| 1 | 20-25 | 4,6-4,9 | 1,0 | 20-25 | 5,0 | 20 | 0,8-1,0 |
| 2 | 4,6-4,9 | 1,0 | 5,0 | 22 | 0,8-1,0 | ||
| 3 | 4,6-4,9 | 0,5 | 5,0 | 22 | 0,9-1,3 | ||
| 4 | 4,6-4,9 | 1,5 | 5,0 | 22 | 0,8-1,0 | ||
| 5 | 4,6-4,9 | 2,0 | 5,0 | 22 | 0,9-1,2 | ||
| 6 | 26-30 | 4,6-4,9 | 1,0 | 26-30 | 5,0 | 20 | 1,0-1,2 |
| 7 | 4,6-4,9 | 1,0 | 5,0 | 22 | 1,0-1,3 | ||
| 8 | 4,6-4,9 | 0,5 | 5,0 | 22 | 1,1-1,4 | ||
| 9 | 4,6-4,9 | 1,5 | 5,0 | 22 | 1,0-1,3 | ||
| 10 | 4,6-4,9 | 2,0 | 5,0 | 22 | 1,0-1,4 | ||
| 11 | 31-35 | 4,6-4,9 | 1,0 | 31-35 | 5,0 | 20 | 1,0-1,4 |
| 12 | 4,6-4,9 | 1,0 | 5,0 | 22 | 1,0-1,5 | ||
| 13 | 4,6-4,9 | 0,5 | 5,0 | 22 | 1,1-1,4 | ||
| 14 | 4,6-4,9 | 1,5 | 5,0 | 22 | 1,1-1,5 | ||
| 15 | 4,6-4,9 | 2,0 | 5,0 | 22 | 1,0-1,4 |
Анализ результатов, приведенных в таблице, показывает, что предлагаемый способ позволяет получать фторсодержащий полирующий материал с размерами частиц 0,8÷1,0 мкм.
Заявляемое техническое решение по получению фторированных полировальных порошков путем осаждения карбонатов РЗЭ на готовые центры кристаллизации «затравку» было испытано в производственных условиях ОАО ЧМЗ с положительным эффектом: получены полировальные порошки крупностью 0,8-1,0 мкм; применение их в условиях оптических производств привело к увеличению выхода годного при полировке очковых линз до 85%, дало возможность обрабатывать точные оптические детали по первому классу чистоты поверхности.
1. Способ получения фторсодержащего полирующего материала, включающий фторирование карбонатов редкоземельных элементов и прокаливание фторированных карбонатов, отличающийся тем, что карбонаты редкоземельных элементов готовят их осаждением из раствора хлоридов редкоземельных элементов раствором карбоната натрия на заранее подготовленные центры кристаллизации - затравку, полученную путем осаждения из раствора хлоридов редкоземельных элементов концентрацией 60÷70 г/л раствором карбоната натрия концентрацией 60÷70 г/л при температуре 20÷25°С, рН раствора 4,6÷4,9 и времени кристаллизации 1÷1,5 ч, а после осаждения карбонатов проводят их отмывку.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осаждение карбонатов проводят при температуре 20÷25°С из раствора хлоридов редкоземельных элементов концентрацией 60÷70 г/л раствором карбоната натрия концентрацией 60÷70 г/л, при значении рН раствора, равном 5,0 и времени кристаллизации не менее 20 ч.
