Способ термического синтеза наноразмерных частиц иттрий-алюминиевого граната в среде органических растворителей



Способ термического синтеза наноразмерных частиц иттрий-алюминиевого граната в среде органических растворителей
Способ термического синтеза наноразмерных частиц иттрий-алюминиевого граната в среде органических растворителей
Способ термического синтеза наноразмерных частиц иттрий-алюминиевого граната в среде органических растворителей

 


Владельцы патента RU 2588227:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова Российской академии наук (ИХС РАН) (RU)

Изобретение относится к технологии получения нанопорошка иттрий-алюминиевого граната, который используют в качестве исходного порошка оксидной керамики, в диспергированном состоянии в качестве наполнителя или пигмента или в качестве исходного порошка для получения монокристалла или покрытия, нанесенного методом пламенного распыления. Способ термического синтеза наноразмерных частиц иттрий-алюминиевого граната в среде органических растворителей характеризуется тем, что смесь хлорида иттрия, хлорида алюминия и изопропилата алюминия при соотношении 3:1:4 подвергают термической обработке при интенсивном перемешивании в дифенилоксиде, олеиновой кислоте, стеариновой кислоте или олеиламине при температуре 250-300°С в атмосфере аргона в течение от 8 до 24 ч, после чего образовавшийся осадок фильтруют на воронке Бюхнера и тщательно промывают бензолом. При этом понижается температура синтеза на 500-600°С, что ведет к почти двукратному уменьшению энергозатрат на процесс получения иттрий-алюминиевого граната. Заявленный способ дает возможность получить монофазный продукт иттрий-алюминиевого граната. 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к порошку комплексного оксида металла, содержащему по крайней мере два металлических элемента, который используют в качестве исходного порошка оксидной керамики, которую используют в качестве конструктивного материала, который используют в диспергированном состоянии в качестве наполнителя или пигмента или в качестве исходного порошка для получения монокристалла или покрытия, нанесенного методом пламенного распыления, и к способу его получения.

Известен порошок комплексного оксида металла, содержащий по крайней мере два металлических элемента, порошок иттрий-алюминиевого граната, и способ получения порошка комплексного оксида металла, включающего по крайней мере два металлических элемента, см. а.с. СССР №544614. Однако с известными порошками возникают проблемы образования агломератов, широкого распределения по крупности в продукте, необходимость удаления примесей, регулирования крупности частиц и т.д. Кроме того, известный способ получения вызывает проблемы, связанные с реакционными условиями, например с использованием сложных методик и трудного регулирования, проблемы с аппаратурой, стоимостью сырья и т.д.

Известен способ получения порошка комплексного оксида металла, включающего по крайней мере два металлических элемента, отличающийся тем, что осуществляют обжиг смеси по крайней мере двух порошков оксида металла и/или порошков предшественника оксида металла или порошка предшественника оксида металла, содержащего по крайней мере два металлических элемента, в атмосфере, содержащей по крайней мере один газ, выбранный из группы, состоящей из галогенида водорода, компонента, полученного из молекулярного галогена и водяного пара, и молекулярного галогена, см. патент РФ №2137715.

Недостатками данного способа, принятого за прототип, является высокая температура термообработки оксидных прекурсоров, большие энергозатраты, а также сильная агломерация частиц граната.

Задачей изобретения является понижение температуры синтеза, снижение энергозатрат и улучшение морфологических характеристик продукта (увеличение однородности порошка и уменьшение степени агломерациии частиц).

Согласно изобретению способ термического синтеза наноразмерных частиц иттрий-алюминиевого граната в среде органических растворителей характеризуется тем, что смесь хлорида иттрия, хлорида алюминия и изопропилата алюминия подвергают термической обработке при интенсивном перемешивании в дифенилоксиде, олеиновой кислоте, стеариновой кислоте и олеиламине при температуре 250-300°С в атмосфере аргона в течение от 8 до 24 ч, после чего образовавшийся осадок фильтруют на воронке Бюхнера и тщательно промывают бензолом.

Заявленное решение характеризуется рядом факультативных признаков, а именно: смесь хлорида иттрия, хлорида алюминия и изопропилата алюминия готовят при соотношении компонентов 3:1:4.

Технический результат, обеспечиваемый при реализации заявленной совокупности существенных признаков, заключается в понижении температуры синтеза на 500-600°С, что ведет к почти двукратному уменьшению энергозатрат на процесс получения иттрий-алюминиевого граната.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлены кривые термоанализа образца СК-8-300, а именно: 1 - термогравиметрическая кривая; 2 - кривая дифференциального термического анализа; m, % - потеря массы образца; DSC, мВт/мг - величина термоэффекта (положительная величина - эндоэффект, отрицательная - экзоэффект); Т, °С - температура), на фиг. 2 - ИК-спектры образцов СК-8-300 (1) и СК-8-300-900 (2), υ, см-1 - частота колебаний связей и групп, на фиг. 3 - рентгенограммы образцов ДФО-24-250-900, ОА-8-300-900, ОК-8-300-900 и СК-8-300-900, на фиг. 4 - электронные микрофотографии образцов ДФО-8-250-900 (Фиг. 4а) и СК-8-300-900 (Фиг. 4б).

Заявленный способ осуществляют следующим образом.

В зависимости от использованных органических соединений, температуры и продолжительности синтеза образцы обозначены XX-Y-ZZZ-SSS, где XX - ОК (олеиновая кислота), СК (стеариновая кислота), ДФО (дифенилоксид), OA (олеиламин); Y - продолжительность синтеза, час; ZZZ - температура термообработки прекурсоров ИАГ, °С, SSS - температура прокаливания.

Использованные органические растворители предварительно очищали с помощью перегонки в вакууме водоструйного насоса (10-15 мм рт. ст.).

Полученные образцы исследовались методами ИК-спектроскопии, рентгенофазового, термического и элементного анализа. ИК-спектры исходных порошков и продуктов их термообработки записаны на фурье-спектрометре СФ-1202.

Рентгенофазовый анализ проводили на дифрактометрах ДРОН-3 и Bruker Advance D8 (CuKα-излучение). Размер ОКР (область когерентного рассеяния) определяли по уширению самой интенсивной в рентгенограмме линии дифракции (420) с использованием формулы Дебая-Шеррера:

где d - средний размер ОКР, λ - длина волны использованного излучения, λ(CoKα)=1.79026 , β - ширина пика на половине высоты, θ - угол дифракции, k=0.9. Термический анализ выполнен на приборе STA 429 CD фирмы NETZSCH (скорость нагревания 20°С/мин, масса навески ~10 мг). Элементный состав образцов определяли методом энергодисперсионного микрорентгеноспектрального анализа с помощью микрозондовой приставки OxfordLink к сканирующему электронному микроскопу АВТ-55. Электронные микрофотографии снимали на приборе JEOL JEM-107.

На фиг. 1 представлены кривые комплексного термического анализа образца СК-8-300. На первом участке кривой потери массы (от 250 до 400°С) происходит эндотермическое удаление следов влаги и сорбированной органической кислоты, на втором участке (от 400 до 600°С) - выгорание продуктов деструкции органических соединений. Этому соответствуют эндо- и экзотермические эффекты на кривой ДТА при аналогичных температурных интервалах. На кривой ДТА имеется узкий пик, соответствующий фазовому переходу системы в ИАГ (820-850°С). Выше этой температуры начинается рост кристаллов (слабый экзотермический эффект) с незначительной потерей массы за счет удаления остаточных газовых включений и углеродсодержащих частиц.

Малая ширина этого пика кристаллизации ИАГ свидетельствует о высокой однородности образца по размерам частиц. Важно отметить, что образование ИАГ происходит при температуре почти на 100°С ниже, чем при использовании гидротермального и золь-гель методов, что делает разработанный нами метод синтеза ИАГ одним из самых низкотемпературных.

На фиг. 2. представлены ИК-спектры систем СК-8-300 и СК-8-300-900, на которых хорошо видны полосы поглощения, соответствующие колебаниям функциональных групп остаточных органических растворителей, связей Y-O, Al-O и гидроксильным группам, которые появляются в продуктах в процессе их промывки и подготовки к прокаливанию (однако их количество весьма незначительно). Спектры образца СК-8-300-900 демонстрируют отсутствие примесей влаги и остатков следов органических веществ и содержат исключительно полосы поглощения при 789 (колебания связей Al-O), 723, 569 и 478 (Y-О) см-1, характерных для ИАГ, что хорошо согласуется с данными термического анализа.

Подтверждение этих данных дает рентгенофазовый анализ полученных порошков ИАГ. На фиг. 3 показаны рентгенограммы образцов ДФО-8-250-900, ОА-8-300-900, ОК-8-300-900 и СК-8-300-900. Только в случае ДФО образцы еще содержат фазу иттрий-алюминиевого перовскита (YAlO3), исчезающую при прокаливании образцов до 1100°С. С использованием данных ширины пика дифракции (420) были рассчитаны параметры наночастиц (таблица), которые хорошо согласуются с данными на микрофотографиях (фиг. 4). Размеры кристаллитов составляют 40-80 нм.

На фиг. 4 приведены микрофотографии полученных образцов ДФО-24-250-900 и СК-8-300-900. Из этих рисунков также видно, что при нагревании порошков до 900°С уже образуются хорошо сформированные кристаллы ИАГ. Морфология продуктов зависит от способа синтеза. Использование более полярных растворителей приводит к формированию более неоднородных по размеру порошков иттрий-алюминиевого граната.

Размеры частиц и результаты элементного анализа синтезированных образцов ИАГ приведены в таблице 1.

В таблице представлены данные элементного анализа ИАГ, полученного в разных условиях. Содержание Y и Al в пересчете на Al2O3 и Y2O3 хорошо коррелирует с расчетными значениями, что также свидетельствует о чистоте полученных продуктов.

Разработанный способ термического синтеза наноразмерных частиц иттрий-алюминиевого граната в высококипящих органических растворителях дает возможность получить монофазный продукт иттрий-алюминиевого граната при температуре 850°С.

1. Способ термического синтеза наноразмерных частиц иттрий-алюминиевого граната в среде органических растворителей, отличающийся тем, что смесь хлорида иттрия, хлорида алюминия и изопропилата алюминия подвергают термической обработке при интенсивном перемешивании в дифенилоксиде, олеиновой кислоте, стеариновой кислоте или олеиламине при температуре 250-300°С в атмосфере аргона в течение от 8 до 24 ч, после чего образовавшийся осадок фильтруют на воронке Бюхнера и тщательно промывают бензолом.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что смесь хлорида иттрия, хлорида алюминия и изопропилата алюминия готовят при соотношении компонентов 3:1:4.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области выращивания из расплава профилированных кристаллов тугоплавких соединений методом Степанова и изготовления из них монокристаллических цилиндрических шайб, которые могут быть использованы в приборостроении, машиностроении.

Изобретение относится к области изготовления оптического элемента путем соединения нескольких кристаллов гранатов. Такие композитные оптические элементы широко применяются в лазерах и других оптических устройствах.
Изобретение относится к выращиванию монокристаллов тербий-скандий-алюминиевого граната и может быть использовано в магнитной микроэлектронике для сцинтилляторной и лазерной техники, в частности для создания изоляторов Фарадея для лазерного излучения высокой средней по времени мощности и высокой энергии в импульсе.
Изобретение относится к технологии выращивания кристаллов для пассивных лазерных затворов, используемых в современных лазерах и лидарах, работающих в области 1,2-1,55 мкм.

Изобретение относится к отрасли оптической обработки информации и может быть использовано для управления когерентными потоками света в оптоэлектронных и магнитофонных приборах, системах отображения, хранения и передачи информации и др.

Изобретение относится к монокристаллу со структурой типа граната, который может быть использован в оптической связи и устройствах для лазерной обработки. Данный монокристалл представлен общей формулой (Tb3-xScx)(Sc2-yAly)Al3O12-z, где 0<x<0,1; 0≤y≤0,2; 0≤z≤0,3, является прозрачным и способен ингибировать образование трещин в процессе резки.
Изобретение относится к технологии получения пленок ферритов-гранатов и может быть использовано в прикладной магнитооптике для получения магнитооптических дисков, модуляторов, дефлекторов.

Группа изобретений относится к производству монокристалла алюмотербиевого граната, который может быть использован в качестве фарадеевского вращателя для оптических изоляторов.

Изобретение относится к технологии получения монокристалла алюмотербиевого граната, который может быть использован в качестве вращателя плоскости поляризации (Фарадеевский вращатель) в оптике.

Изобретение относится к области магнитной микроэлектроники, в частности к прикладной магнитооптике, и может быть использовано для записи информации как в цифровом, так и в аналоговом режимах.

Изобретение относится к технологии высокотемпературных керамических материалов конструкционного назначения с повышенными термомеханическими свойствами и может быть использовано в качестве футеровки тепловых агрегатов, термостойкого огнеприпаса, элементов ударопрочной защиты.

Группа изобретений относится к области обработки красного шлама. Способы включают выщелачивание красного шлама с использованием HCl с получением продукта выщелачивания, содержащего ионы первого металла, например алюминия, и твердое вещество.

Изобретение относится к технологии производства спеченной заготовки из α-оксида алюминия в качестве исходного сырья для дальнейшего получения из нее монокристаллов сапфира.

Изобретение относится к способам получения активного гидроксида алюминия, пригодного для получения эффективного коагулянта - гидроксохлорида алюминия, а также катализаторов, осушителей и сорбентов.

Изобретения могут быть использованы в качестве огнезащитного средства Способ измельчения с одновременной сушкой сырьевой смеси, содержащей тригидроксид алюминия со средним размером частиц D50 в диапазоне от 50 до 130 мкм, удельной поверхностью по БЭТ в диапазоне от 0,01 до 0,5 м2/г и содержанием воды от 0,1 до 20 мас.% в расчете на сырьевую смесь, включает стадии: i) подача сырьевой смеси в агрегат измельчения и сушки, ii) подача потока горячего воздуха с температурой в диапазоне от 20 до 120°C в агрегат измельчения и сушки, причем поток течет через агрегат измельчения и сушки, и iii) измельчение содержащегося в сырьевой смеси тригидроксида алюминия в агрегате измельчения и сушки с получением тригидроксида алюминия c характеристиками: средний размер частиц D50 в диапазоне от 3 до 15 мкм, удельную поверхность по БЭТ в диапазоне от 2 до 9 м2/г и содержание воды в диапазоне от 0 до 2 мас.% в расчете на тригидроксид алюминия.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ синтеза альфа-оксида алюминия с чистотой равной 99,99% или более в форме сферических частиц с размером преимущественно равным 850 мкм или больше, с гранулометрическим распределением, имеющим максимум при размерах частиц более 850 мкм, с относительной плотностью 50% или более от теоретической плотности включает помещение порошкового гамма-оксида алюминия (γ) средствами (5) подачи на пластину (7) из карбида кремния и воздействие на упомянутый порошок гамма-оксида алюминия (γ) по меньшей мере одним лучом (11) СО2 лазера (9).

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для использования в разрядных источниках излучения. Защитное покрытие на внутренней поверхности разрядных оболочек источников излучения содержит оксид алюминия, оксид иттрия, оксид магния, оксид циркония и оксид тория.

Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Способ получения порошка моногидроксида алюминия псевдобемитной структуры включает термохимическую активацию гиббсита.

Изобретение относится к текучему теплоносителю и его применению. Текучий теплоноситель по изобретению состоит из коллоидного водного золя, содержащего воду и до 58,8 мас.% по отношению к общей массе текучего теплоносителя частиц α-Al2O3 в форме бляшек.

Настоящее изобретение относится к композиции для улучшения образования агломератов кристаллов при кристаллизации из маточного раствора, включающей: одну или смесь жирных кислот, их сложных эфиров, амидов или прекурсоров в количестве 0,1-30%, тяжелый керосин в количестве 15,1-50% и воду, при этом указанные компоненты вместе образуют эмульсию.

Изобретение относится к новым комплексам лантанидов с основаниями Шиффа, проявляющим люминесцентные свойства. Предлагаются комплексы лантанидов с (2-(тозиламино)бензилиден- N- алкил(арил)аминами формулы LnpXmLk, где где R = Н, алкил, замещенный алкил, арил, замещенный арил, амин или замещенный амин; Х = Cl, NO3 - ; Ln - лантаниды, кроме прометия и церия; р = 1 или 2; k - целое число от 1 до 3·р; m - целое число от 0 до 3·р; (m+k)= 3·р, проявляющие люминесцентные свойства.
Наверх