Способ получения сложного ванадата цинка и кадмия



Способ получения сложного ванадата цинка и кадмия
Способ получения сложного ванадата цинка и кадмия

 


Владельцы патента RU 2471713:

Учреждение Российской академии наук Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН (RU)

Изобретение относится к химическим соединениям, которые могут быть использованы в качестве диэлектрических составов для изготовления керамики, применяемой в конденсаторах, входящих в электрические схемы с целью подавления пульсаций, разделения постоянной и переменной составляющей электрического сигнала. Готовят исходную смесь ингредиентов, содержащую Zn2V2O7 и Cd2V2O7, взятые в соотношении (0,6÷0,8):(0,4÷0,2), соответственно. Осуществляют перетирание смеси при добавлении 1-2 мл этилового спирта на 3-5 граммов смеси. Проводят обжиг на воздухе при температуре 700-710°C в течение 5-6 часов с последующим измельчением и обжиг на воздухе при температуре 750-760°C в течение 40-42 часов, при этом измельчение проводят после 10 часов обжига. Получается диэлектрический материал, диэлектрическая проницаемость которого не зависит от температуры в широком интервале температур. 2 ил., 3 пр.

 

Изобретение относится к химическим соединениям, которые могут быть использованы в качестве диэлектрических составов для изготовления керамики, применяемой в конденсаторах, входящих в электрические схемы с целью подавления пульсаций, разделения постоянной и переменной составляющей электрического сигнала.

Известен способ получения диэлектрической композиции, включающей титанат бария с добавками Co3O4 и Nb2O5 (Хамова Т.В., Панова Т.И., Виноградова К.А., Рубинштейн О.В., Ротенберг Б.А. "Модификация порошка титаната бария введением Co3O4, Nb2O5", Первая Всероссийская конференция «Золь-гель синтез и исследование неорганических соединений, гибридных функциональных материалов и дисперсных систем». Тезисы докладов, 22-24 ноября 2010 года, Санкт-Петербург, с.158). Для получения известного диэлектрического материала порошок BaTiO3 обрабатывают золь-гель методом с введением в качестве добавок к исходному керамическому компоненту Co3O4 в виде навески порошка и Nb2O5 - путем осаждения из раствора Nb2Cl5 в этаноле. Затем отжигают при 1300°C или 1340°C.

Недостатком известного материала является значительное изменение диэлектрической проницаемости и коэффициента диэлектрической проницаемости в температурном интервале. Так, в температурном интервале от -60°C до +125°C диэлектрическая проницаемость изменяется от -8,1% до -38,6% в случае отжига при температуре 1300°C и от -12,6% до -44,0% в случае отжига при температуре 1340°C.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать способ получения диэлектрического материала, диэлектрическая проницаемость которого не зависит от температуры в широком интервале температур. Кроме того, диэлектрический материал должен быть пригоден для работы на воздухе при нормальном давлении и повышенной температуре.

Поставленная задача решена в способе получения сложного ванадата Zn2-2xCd2xV2O7, где 0,2≤x<0,4; включающем приготовление исходной смеси ингредиентов, содержащей Zn2V2O7 и Cd2V2O7, взятых в соотношении (0,6÷0,8):(0,4÷0,2), соответственно, перетирание смеси при добавлении 1-2 мл этилового спирта на 3-5 граммов смеси, обжиг на воздухе при температуре 700-710°C в течение 5-6 часов с последующим измельчением и обжиг на воздухе при температуре 750-760°C в течение 40-42 часов, при этом измельчение проводят после 10 часов обжига.

В настоящее время в патентной и научно-технической литературе не известен способ получения сложных ванадатов цинка и кадмия предлагаемого состава и структуры, обладающих низким температурным коэффициентом диэлектрической проницаемости.

Известные диэлектрические керамические материалы содержат, как правило, титанаты циркония, никеля, бария, кальция, их взаимные твердые растворы и/или их комбинацию. Отличительной негативной особенностью этих керамических материалов является сильная зависимость диэлектрической проницаемости от температуры, характеризуемая температурным коэффициентом диэлектрической проницаемости 1/ε*dε/dT. Для подавления или сглаживания этой зависимости в керамические материалы вводят добавки оксидов щелочных, щелочноземельных, переходных и редкоземельных металлов. Тем не менее, известные диэлектрики обеспечивают недостаточное постоянство диэлектрической проницаемости в широком интервале температур. Авторами предлагается способ получения химического соединения состава Zn2-2xCd2xV2O7, где 0,2≤x≤0,4; температурная зависимость диэлектрической проницаемости которого обладает следующими характеристиками. Экспериментальным путем установлено, что в интервале температур от +50°C до +400°C диэлектрическая проницаемость ε=0,5×10+4 и практически постоянна во всем указанном интервале. Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости при этом близок к нулю и равен 0,72% (см. фиг.1, где приведена температурная зависимость диэлектрической проницаемости состава Zn1,2Cd0,8V2O7). Неизменное значение диэлектрической проницаемости в широком температурном интервале обусловлено, по-видимому, постоянной величиной объема элементарной ячейки при этих температурах, так как авторами установлено, что в интервале температур от +50°C до +400°C температурный коэффициент объемного расширения приблизительно равен нулю. Отсутствие объемного расширения в достаточно широком интервале температур значительно улучшает рабочие характеристики материала, позволяя избежать структурных изменений материала.

Соединение состава Zn2-2xCd2xV2O7, где 0,2≤x≤0,4; может быть получено следующим образом. Берут навески порошков сложных оксидов Zn2V2O7 и Cd2V2O7 при их соотношении, равном (0,6÷0,8):(0,4÷0,2), соответственно, которые тщательно перетирают при добавлении 1-2 мл этилового спирта на 3-5 граммов смеси. Затем шихту помещают в алундовый тигель и обжигают в печи в атмосфере воздуха при температуре 700-710°C в течение 5-6 часов с последующим измельчением смеси, а затем при температуре 750-760°C в течение 40-42 часов с измельчением после 10 часов обжига. Контроль фазовой однородности полученного продукта проводят методом рентгенофазового анализа (РФА). Получают твердый раствор состава Zn2-2xCd2xV2O7, где 0,2≤x≤0,4 со структурой искаженного тортвейтита. Измерения емкости полученного соединения проводят с помощью цифрового моста SI-1260 на частоте 103 Гц в диапазоне температур 20-700°C. Нагревание ячейки с образцом в виде цилиндра высотой d и площадью основания S с платиновыми электродами осуществляют в печи в атмосфере воздуха с точностью ±1 градус. Значения диэлектрической проницаемости рассчитывают по формуле ε=C×d/S, где С электрическая емкость образца, d - высота, S - площадь основания.

Исследования, проведенные авторами, позволили сделать вывод, что соединение состава Zn2-2xCd2xV2O7, где 0,2≤x≤0,4; обладающее свойством, которое позволяет использовать его в качестве диэлектрического материала, диэлектрическая проницаемость которого не зависит от температуры и, кроме того, обладающего близким к нулевому коэффициентом объемного термического расширения, может быть получено только при условии соблюдения соотношения компонентов исходной шихты и параметров, заявленных в предлагаемом способе. Так, при несоблюдении заявленных интервалов соотношения сложных оксидов в исходной шихте, а также при снижении температуры обжига ниже 700°C или при повышении ее выше 750°C и при выходе за заявленные значения временного интервала, в конечном продукте появляются примесные фазы сложных цинк-кадмиевых оксидов, кристаллизующихся в других полиморфных модификациях, при этом в температурной зависимости диэлектрической проницаемости наблюдается увеличение температурного коэффициента.

Способы получения нового соединения иллюстрируются следующими примерами.

Пример 1. Берут 2,0680 г Zn2V2O7 и 1,7548 г Cd2V2O7 (соотношение равно 0,6:0,4), тщательно перетирают в агатовой ступке с добавлением 2 мл этилового спирта. Затем шихту помещают в алундовый тигель и обжигают в печи в атмосфере воздуха при температуре 700°C в течение 5 часов. Затем печь охлаждают произвольно до комнатной температуры, вынимают спеченный продукт, помещают в агатовую ступку и тщательно перетирают без добавления спирта. Полученный порошок снова помещают в тот же тигель и обжигают в печи при 750°C в течение 10 часов. Затем снова печь охлаждают до комнатной температуры и продукт обрабатывают, как описано выше, после чего обжигают в печи при 750°C в течение 30 часов. После охлаждения печи до комнатной температуры готовый продукт извлекают. По данным рентгенофазового анализа получают однофазный продукт со структурой искаженного тортвейтита состава Zn1,2Cd0,8V2O7. Параметры ячейки равны а=7,095 Ǻ; в=8,625 Ǻ; с=4,990; β=107,42°. На фиг.1 представлена температурная зависимость диэлектрической проницаемости полученного соединения. В области температур от +50°C до 400°C диэлектрическая проницаемость равна ε=0,5×10+4 и не зависит от температуры, температурный коэффициент диэлектрической проницаемости практически равен нулю. Неизменность диэлектрической проницаемости в области температур от +50°C до 400°C сопровождается близким к нулевому коэффициентом объемного термического расширения (фиг.2).

Пример 2. Берут 2,4126 г Zn2V2O7 и 1,3161 г Cd2V2O7 (соотношение равно 0,7:0,3), тщательно перетирают в агатовой ступке с добавлением 2 мл этилового спирта. Затем шихту помещают в алундовый тигель и обжигают в печи в атмосфере воздуха при температуре 710°C в течение 6 часов. Затем печь охлаждают произвольно до комнатной температуры, вынимают спеченный продукт, помещают в агатовую ступку и тщательно перетирают без добавления спирта. Полученный порошок снова помещают в тот же тигель и обжигают в печи при 760°C в течение 10 часов. Затем снова печь охлаждают до комнатной температуры и продукт обрабатывают, как описано выше, после чего обжигают в печи при 760°C в течение 32 часов. После охлаждения печи до комнатной температуры готовый продукт извлекают. По данным рентгенофазового анализа получают однофазный продукт со структурой искаженного тортвейтита состава Zn1,4Cd0,62O7. Параметры ячейки равны а=7,100 Ǻ; в=8,550 Ǻ; с=5,010; β=108,23°. В области температур от +50°C до 400°C диэлектрическая проницаемость равна ε=0,5×10+4 и не зависит от температуры, температурный коэффициент диэлектрической проницаемости практически равен нулю.

Пример 3. Пример 2. Берут 2,7573 г Zn2V2O7 и 0,8774 г Cd2V2O7 (соотношение равно 0,8:0,2), тщательно перетирают в агатовой ступке с добавлением 2 мл этилового спирта. Затем шихту помещают в алундовый тигель и обжигают в печи в атмосфере воздуха при температуре 710°C в течение 6 часов. Затем печь охлаждают произвольно до комнатной температуры, вынимают спеченный продукт, помещают в агатовую ступку и тщательно перетирают без добавления спирта. Полученный порошок снова помещают в тот же тигель и обжигают в печи при 760°C в течение 10 часов. Затем снова печь охлаждают до комнатной температуры и продукт обрабатывают, как описано выше, после чего обжигают в печи при 760°C в течении 32 часов. После охлаждения печи до комнатной температуры готовый продукт извлекают. По данным рентгенофазового анализа получают однофазный продукт со структурой искаженного тортвейтита состава Zn1,6Cd0,4V2O7. Параметры ячейки равны а=7,112 Ǻ; в=8,490 Ǻ; с=5,026; β=108,92°. В области температур от +50°C до 400°C диэлектрическая проницаемость равна ε=0,5×10+4 и не зависит от температуры, температурный коэффициент диэлектрической проницаемости практически равен нулю.

Таким образом, авторами предлагается способ получения сложного ванадата цинка и кадмия в качестве диэлектрического материала, диэлектрическая проницаемость которого не зависит от температуры в широком интервале температур. Причем в этом же температурном интервале коэффициент объемного термического расширения имеет значения, близкие к нулю. При этом диэлектрический материал пригоден для работы на воздухе при нормальном давлении и повышенной температуре.

Способ получения сложного ванадата цинка и кадмия Zn2-2xCd2xV2O7, где 0,2≤x≤0,4, включающий приготовление исходной смеси ингредиентов, содержащей Zn2V2O7 и Cd2V2O7, взятых в соотношении (0,6÷0,8):(0,4÷0,2) соответственно, перетирание смеси при добавлении 1-2 мл этилового спирта на 3-5 г смеси, обжиг на воздухе при температуре 700-710°C в течение 5-6 ч с последующим измельчением и обжиг на воздухе при температуре 750-760°C в течение 40-42 ч, при этом измельчение проводят после 10 ч обжига.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу получения оксида ванадия высокой чистоты с использованием экстракции. .

Изобретение относится к области экстракции оксида ванадия. .

Изобретение относится к способу и устройству для преобразования опасных отходов, содержащих хром шесть, в неопасные отходы. .

Изобретение относится к способу получения пятиокиси ванадия повышенного качества из гидратированного осадка технической пятиокиси ванадия. .

Изобретение относится к способам получения аллотропных форм оксидов подгруппы ванадия или хрома, которые могут быть использованы в качестве магнитных материалов для создания спинтронных устройств, полевых транзисторов, химических источников тока, фотохромных и каталитически активных материалов.

Изобретение относится к способам получения новых аллотропных форм оксидов ванадия, в частности нанотрубок оксида ванадия, допированных катионами металла, которые могут быть использованы в качестве магнитных материалов для создания спинтронных устройств, полевых транзисторов, катодных материалов химических источников тока и катализаторов.

Изобретение относится к способам получения новых аллотропических форм оксидов, в частности оксида ванадия, которые могут быть использованы в качестве катализаторов, катодных материалов источников тока, ионообменников, в высокоемкостных конденсаторах.
Изобретение относится к получению неорганических соединений, в частности к способу получения сложных оксидов щелочного металла и металла VB группы Периодической системы элементов Д.И.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано, в частности, на предприятиях черной и цветной металлургии для получения пентаоксида ванадия из технического пентаоксида ванадия, содержащего 50-95% V2О5 и примеси оксидов Fe, Cr, Mn, Al, Si, Mg, Cu и др.
Изобретение относится к способу получения наночастиц оксида переходного металла, покрытых аморфным углеродом
Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при получении пентаоксида ванадия из окситрихлорида ванадия - побочного продукта производства губчатого титана. Способ включает разложение окситрихлорида ванадия щелочным раствором с получением метаванадата натрия, загрузку твердого аммонийсодержащего неорганического соединения с получением пульпы метаванадата аммония, затем осадка метаванадата аммония, его промывку, сушку и прокаливание до получения пентаоксида ванадия. В качестве щелочного раствора используют смесь карбоната натрия с гидроксидом натрия при массовом соотношении (0,05-0,1):1, для чего в водный раствор в виде маточных растворов от промывки пульпы метаванадата натрия и промывки пульпы метаванадата аммония, последовательно загружают твердый карбонат натрия, затем раствор гидроксида натрия при массовой концентрации 100-150 г/л. В полученный щелочной раствор загружают раствор окситрихлорида ванадия до содержания рН среды, равной 7-8, с получением пульпы. Маточный раствор метаванадата натрия после фильтрации пульпы обрабатывают твердой солью аммонийсодержащего неорганического соединения с получением пульпы метаванадата аммония. Техническим результатом является повышение степени извлечения ванадия в готовый продукт до 98,5-98,8%. 8 з.п. ф-лы, 1 пр.

Изобретение относится к способу приготовления оксида ванадия. Способ содержит стадии: смешивание ванадиевого шлака с оксидом кальция или известняком с образованием смешанного материала; обжиг смешанного материала с получением кальцинированного клинкера; выщелачивание кальцинированного клинкера путем применения раствора оксалата с концентрацией ионов в интервале 35-70 г/л при 80-90°C; осуществление разделения жидкой и твердой фазы после завершения реакции выщелачивания с получением ванадийсодержащего жидкого продукта выщелачивания и остаточного шлака; осуществление обработки по удалению кремния из ванадийсодержащего жидкого продукта выщелачивания, в результате которой концентрация кремния в ванадийсодержащем жидком продукте выщелачивания составляет менее 0,1 г/л, и затем добавление оксалата аммония в ванадийсодержащий жидкий продукт выщелачивания для регулирования молярного отношения к TV в интервале 2-3,5, в результате чего проводят осаждение и фильтрацию метаванадата аммония с получением метаванадата аммония и жидких отходов; окисление метаванадата аммония, кальцинацию и дезаминирование с приготовлением пентоксида ванадия или с приготовлением далее триоксида ванадия посредством реакции восстановления. Технический результат - применение ванадиевого шлака с высоким содержанием кальция и фосфора, снижение расхода реагентов и себестоимости продукции. 9 з.п. ф-лы, 3 пр.
Изобретение относится к способу получения пентаоксида ванадия. Способ включает ректификационную очистку окситрихлорида ванадия до содержания примесей титана 0,002-0,005 мас.%. Затем в герметичный реактор, заполненный аргоном до избыточного давления 9,6-29,4 кПа, загружают очищенный окситрихлорид ванадия, подают раствор соляной кислоты при соотношении соляная кислота: окситрихлорид ванадия 1:(15-25). Далее ведут отстаивание и отделение твердого осадка. Осветленную часть вновь подвергают ректификационной очистке с получением особо чистого окситрихлорида ванадия, который обрабатывают щелочным раствором с получением метаванадата натрия, отделяют из него осадок, загружают в него твердое аммонийсодержащее неорганическое соединение с получением пульпы метаванадата аммония. Пульпу перемешивают, отделяют осадок метаванадата аммония от маточного раствора. Осадок промывают, сушат и прокаливают с получением особо чистого пентаоксида ванадия. Техническим результатом является снижение примесей в готовом продукте - особо чистом пентаоксиде ванадия. 8 з.п. ф-лы, 1 пр.
Наверх