Способ получения порошка магнотанталата свинца со структурой типа перовскита
Владельцы патента RU 2433955:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московская государственная академия тонкой химической технологии имени М.В. Ломоносова" (RU)
Изобретение относится к области получения оксидного порошка состава Pb(Mg1/3Ta2/3O3) со структурой типа перовскита и может быть использовано в изготовлении материалов для пьезотехники. Способ включает смешение соединения тантала с водными растворами солей свинца и магния в стехиометрическом отношении, отвечающем составу магнотанталата свинца со структурой типа перовскита - Pb(Mg1/3Ta2/3O3) и термообработку полученной суспензии. В качестве соединения тантала используют гидроксид тантала, а в качестве растворов солей магния и свинца - растворы ацетатов магния и свинца, которые вводят последовательно, при этом термообработку продукта проводят при 800-850°С. Технический результат изобретения: снижение температуры синтеза, увеличение выхода целевого продукта и повышение его чистоты. 1 табл.
Изобретение относится к области получения оксидного порошка состава Pb(Mg1/3Ta2/3O3) со структурой типа перовскита и может быть использовано в изготовлении материалов для пьезотехники.
Известен способ получения магнотанталата свинца (РМТ) путем смешивания в стехиометрическом соотношении оксидов тантала, магния и свинца и проведения отжига полученной смеси при 800-1100°С (Аграновская А.И. Физико-химическое исследование образования сегнетоэлектриков сложного состава со структурой типа перовскита. // Известия АН СССР: серия физическая, 1960. Т.24, №10, с.1275-1281).
Недостатком способа является высокая температура синтеза и неоднородность продукта (помимо требуемой фазы со структурой типа перовскита получают побочную пирохлорную фазу), что отрицательно сказывается на физических свойствах материала и снижает эксплуатационные характеристика магнотанталата свинца.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения магнотанталата свинца состава Pb(Mg1/3Та2/3О3) со структурой типа перовскита путем смешивания суспензии гидратированного пентаоксида тантала с гидроксокарбонатом магния, гомогенизации, высушивания при 105°С и дальнейшего отжига при 1000°С. Полученный танталат магния смешивают в стехиометрическом отношении с оксидом свинца Pb3O4, гомогенизируют в течение 2 часов с добавлением воды, далее проводят высушивание полученной суспензии при 105°С. Целевой продукт получают путем термообработки высушенного осадка при 1000°С (Karlheinz Reichert, Falko Schlenkrich. Metal niobates and/or tantalates, their preparation and perovskites formed from them. / Patent US 005721182 A, issued on February 24, 1998. 501/134, 501/135).
Недостатком способа является большое количество операций, высокая температура термообработки конечного продукта и использование в качестве исходного реагента оксида свинца Pb3O4(PbO2·2PbO), в котором свинец находится в двух степенях окисления, что осложняет получение однофазного продукта.
Техническим результатом изобретения является снижение температуры термообработки конечного продукта и увеличение выхода целевого продукта и повышение его чистоты.
Данный технический результат достигается смешением гидроксида тантала с ацетатными водными растворами магния и свинца в стехиометрическом количестве, отделением твердой фазы и проведением термообработки при 800-850°С.
Пример 1. Берем порошкообразный аморфный гидроксид тантала и ацетатный водный раствор магния в стехиометрическом отношении, отвечающем составу танталата магния MgO·Ta2O5. Смешение и встряхивание гидроксида тантала с ацетатным раствором магния проводят в закрытых емкостях при комнатной температуре. К полученной суспензии приливают ацетатный водный раствор свинца в стехиометрическом отношении, отвечающем составу магнотанталата свинца PbMg1/3Ta2/3O3. Далее проводят упаривание полученной суспензии до сухого состояния. Полученный порошок подвергают термообработке при 800-850°С.
По данным рентгенофазового анализа (РФА) полученный порошок представляет собой кубическую фазу магнотанталата свинца PbMg1/3Ta2/3O3 со структурой типа перовскита. Образование побочной пирохлорной фазы состава Pb1,83Mg0,29Ta1,71O6,39 не выявлено.
Примеры №2-3, 5-7 проводят аналогично примеру №1, в примере №4 изменена последовательность введения растворов магния и свинца. Режимы синтеза приведены в таблице.
| № | Мольное отношение PbO:MgO:Ta2O5 в пересчете на состав PbMg1/3Та2/3O3 | Температура термообработки, °С | Состав и выход продукта по данным РФА |
| 2 | 3:1:1 | 700 | PbMg1/3Ta2/3O3 - 53% |
| Pb1,83Mg0,29Ta1,71O6,39 - 47% | |||
| 3 | 3:1:1 | 1000 | PbMg1/3Ta2/3O3 - 25% |
| Pb1,83Mg0,29Ta1,71O6,39 - 75% | |||
| 4 | 3:1:1 | 850 | PbMg1/3Ta2/3O3 - 0% |
| (одновременное введение растворов ацетатов магния и свинца) | Pb1,83Mg0,29Ta1,71O6,39 - 100% | ||
| 5 | 3:1:1 | 850 | PbMg1/3Ta2/3O3 - 77% |
| + избыток 4 мол.% MgO | Pb1,83Mg0,29Ta1,71O6,39 - 23% | ||
| 6 | 3:1:1 | 1000 | PbMg1/3Ta2/3O3 - 0% |
| + избыток 4 мол.% MgO | Pb1,83Mg0,29Ta1,71O6,39 - 100% | ||
| 7 | 3:1:1 | 850 | PbMg1/3Ta2/3O3 - 0% |
| + избыток 4 мол.% PbO | Pb1,83Mg0,29Ta1,71O6,39 - 100% |
Таким образом, предлагаемый нами способ, в отличие от описанного в прототипе, позволяет осуществлять синтез порошка оксидного состава Pb(Mg1/3Ta2/3O3) со структурой типа перовскита при более низкой температуре (на 200-300°С), увеличить выход целевого продукта и повысить его чистоту (присутствие побочной пирохлорной фазы не наблюдается).
Способ получения магнотанталата свинца со структурой типа перовскита, включающий смешение соединения тантала с водными растворами солей свинца и магния в стехиометрическом отношении, отвечающем составу магнотанталата свинца со структурой типа перовскита - Pb(Mg1/3Та2/3О3), термообработку полученной суспензии, отличающийся тем, что в качестве соединения тантала используют гидроксид тантала, а в качестве растворов солей магния и свинца - растворы ацетатов магния и свинца, вводимые последовательно; термообработку продукта проводят при 800-850°С.
