Способ получения сложного оксида иттербия и железа ybfe2o4±δ



Способ получения сложного оксида иттербия и железа ybfe2o4±δ
Способ получения сложного оксида иттербия и железа ybfe2o4±δ
Способ получения сложного оксида иттербия и железа ybfe2o4±δ

 

C01G1/02 - Неорганическая химия (обработка порошков неорганических соединений для производства керамики C04B 35/00; бродильные или ферментативные способы синтеза элементов или неорганических соединений, кроме диоксида углерода, C12P 3/00; получение соединений металлов из смесей, например из руд, в качестве промежуточных соединений в металлургическом процессе при получении свободных металлов C21B,C22B; производство неметаллических элементов или неорганических соединений электролитическими способами или электрофорезом C25B)

Владельцы патента RU 2592899:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук (ИМЕТ УрО РАН) (RU)

Изобретение относится к технологии получения сложных оксидов, обладающих магнитоэлектрическими эффектами. Способ получения сложного оксида иттербия и железа YbFe2O4±δ, включающий приготовление смеси из предварительно просушенных оксидов железа (III) и оксида иттербия (III), и обжиг полученной смеси при температуре 1000°С в газовой смеси, состоящей из инертного газа и кислорода, при поддержании заданного значения давления кислорода в смеси в диапазоне lgPo2=-14-19 атм. При этом в качестве инертного газа используют по меньшей мере один из газов, выбранных из группы, содержащей аргон, азот, а сушку оксидов осуществляют при температуре 600°С. Технический результат - повышение качества сложного оксида YbFe2O4±δ. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к технологии получения сложных оксидов, обладающих магнитоэлектрическими эффектами. Соединение YbFe2O4±δ относится к семейству LnFe2O4 (Ln=Ho, Er, Tm, Yb, Lu) со смешанной валентностью катионов железа - Fe+2 и Fe+3. Наличие металлических катионов одного и того же элемента различной валентности может придавать оксидным материалам необычные свойства, что дает возможность использования их при изготовлении материалов для микроэлектроники.

Известен способ получения сложного оксида иттрия, бария и меди, в котором для получения YBa2Cu3O7-δ из водного раствора, содержащего нитраты иттрия, бария и меди, проводят совместную сорбцию иттрия, бария, меди в заданном мольном соотношении Y:Ba:Cu=1:2:3 из указанного раствора на карбоксильном катионите КБ-4п-2, дальнейшую сушку полученного материала и последовательное нагревание при температуре 110°С - 2 ч, при 250°С - 2 ч, при 450°С - 5 ч, при 600°С - 3 ч, при 850°С - 6 ч и затем 1 час в атмосфере кислорода. При термическом разложении происходит выгорание органической части ионита и взаимодействие ионов с образованием сложного оксида YBa2Cu3O7-δ в виде микросфер (патент РФ №2503621, МПК С01F 17/00, опубл. 10.01.2014).

Недостатком способа является сложность и длительность его осуществления, обусловленная многочисленными операциями обжига при получении сложных оксидов. Применяемая атмосфера обжига является окислительной, что исключает существование катионов Fe2+, являющееся необходимым условием получения сложных оксидов железа и лантаноидов, например иттербия (YbFe2O4±δ). Кроме того, указанные температуры обжига не позволят получить подобные оксиды.

Известен способ получения сложных оксидных материалов, в частности получение сложных оксидов алюминия и магния, активированных ионами редкоземельных металлов. Исходную смесь получают путем предварительного перемешивания в течение 30 минут порошка оксида церия (III), оксида тербия (III), металлического алюминия, оксида алюминия (III), оксида магния (II), взятых в стехиометрических соотношениях, к полученной реакционной смеси добавляют сверхстехиометрическое количество перхлората натрия с последующим перемешиванием в течение 30 минут и процесс взаимодействия компонентов в полученной реакционной смеси осуществляют в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (патент РФ №2492963, МПК В22F 3/23, опубл. 20.09.2013).

Недостатком способа является невозможность получения сложных оксидов железа и лантаноидов, например иттербия, т.к. самораспространяющийся высокотемпературный синтез осуществляется на воздухе в неконтролируемой атмосфере по содержанию кислорода.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является способ получения сложного оксида железа и церия (редкоземельный элемент подгруппы лантоноидов), принятый за прототип, включающий приготовление смеси порошков из оксида железа (III) и оксида церия (IV), предварительно просушенных при 1000°С, обжиг полученной смеси при температуре 1000-1200°С в газовой смеси, содержащей СO2 и СО или СO2 и O2 при поддержании давления кислорода в смеси lgPo2=-7,25-15,68 атм с получением сложного оксида CeFeO3 (Kitayama K., Nojiri K., Sugihara Т., Katsura Т. Phase equilibria in the Ce-O and Ce-Fe-O systems //J. Of Solid State Chemistry. 1985. V.56. P.l-11).

Недостатком способа при получении по его условиям сложного оксида железа и иттербия является недостаточно высокое качество получаемого сложного оксида с заданным содержанием кислорода, т.к.:

- исходные компоненты могут вступать во взаимодействие с СO2 и СО газовой смеси с образованием карбидов и оксикарбонатов (посторонние фазы и примеси);

- при высоком содержании кислорода в газовой смеси в получаемом сложном оксиде дополнительно присутствуют окисленные фазы (Fe3O4 и YbFeO3).

Техническим результатом предлагаемого способа является повышение качества получаемого сложного оксида YbFe2O4±δ с заданным значением кислородного индекса.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения сложного оксида иттербия и железа YbFe2O4±δ, включающем приготовление смеси из предварительно просушенных оксидов железа (III) и лантаноида, обжиг полученной смеси при температуре 1000°С в газовой смеси, содержащей кислород, согласно изобретению в качестве оксида лантоноида используют оксид иттербия (III) и обжиг приготовленной смеси ведут в газовой смеси, состоящей из инертного газа (аргона или азота) и кислорода, при поддержании заданного значения давления кислорода в смеси в диапазоне lgPo2=-14-19 атм. При этом в качестве инертного газа используют по меньшей мере один из газов, выбранных из группы, содержащей аргон, азот, а сушку оксидов осуществляют при температуре 600°С.

Поскольку соединение YbFe2O4±δ относится к гомологическому ряду LnFeO3 * n FeO и содержит железо в двух степенях окисления Fe3+ и Fe2+, то оно не может быть получено в атмосфере воздуха. Проведение обжига в газовой смеси, состоящей из инертного газа и кислорода, при поддержании заданного значения кислорода позволяет создать требуемое соотношение Fe2+и Fe3+ в сложном оксиде, при этом не происходит взаимодействия компонентов газовой смеси с образцом, кроме кислородного обмена. Оксид YbFe2O4±δ получают в интервале давлений кислорода lgPo2=-14-19 атм, обеспечивающем содержание кислорода от низкокислородной до высококислородной границы области гомогенности, следовательно, происходит изменение соотношения Fe2+и Fe3+, которое обеспечивает переменность свойств полученного материала.

При проведении обжига при давлении кислорода lgPo2<-14 атм наряду с основной фазой происходит образование окисленных фаз - Fe3O4 и YbFeO3, что ухудшает качество получаемого оксида и приводит к изменению его свойств.

При проведении обжига при давлении кислорода lgPo2>-19 атм в сложном оксиде наряду с основной фазой образуются восстановленные фазы - Fe и Yb2O3, что также приводит к изменению состава и свойства оксида.

Проведение сушки оксидов железа (III) и иттербия (III) при 600°С перед их смешиванием дополнительно обеспечивает гарантированное удаление влаги из смеси оксидов, что приводит к сокращению времени, предназначенного для удаления излишков кислорода из смеси и приведение ее в равновесие с газовой фазой.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом:

Просушенные исходные оксиды иттербия (III) и железа (III), взятые в эквимолярной по катионам пропорции, согласно уравнению

Fe2O3+l/2Yb2O3=YbFe2O4+1/4O2

смешивали и подвергали обжигу при температуре 1000°С в газовой смеси, состоящей из инертного газа (аргона или азота) и кислорода, при поддержании заданного значения давления кислорода в смеси в диапазоне lgPo2=-14-19 атм с получением сложного оксида YbFe2O4±δ с заданным значением кислородного индекса.

Заявленный способ испытан в лабораторных условиях.

Исходные оксиды иттербия (III) и железа (III), просушенные при температуре 600°С до постоянной массы и взятые в эквимолярной по катионам пропорции, смешивали и перетирали в течение часа в агатовой ступке. Из полученной смеси прессовали таблетки диаметром 10 мм на гидравлическом прессе при давлении 150 кПа/см2, которые подвергали обжигу в газовой смеси, состоящей из аргона и кислорода, с контролируемым парциальным давлением кислорода при 1000°С в течение 48 часов. При варьировании Ро2 в зоне реактора получены образцы сложного оксида YbFe2O4±δ различных фазовых составов.

Фазовый состав полученных образцов исследовался при помощи рентгенографического метода на дифрактометре Shimadzu XRD 7000С.

На фиг.1 приведена дифрактограмма образца номинального состава YbFe2O4±δ, полученного в газовой смеси Ar+O2 (logPo2=-19 атм) при температуре 1000°С, в которой наряду с рефлексами основной фазы видны рефлексы восстановленных фаз (Fe и Yb2O3), т.е. равновесие фиксируется на низкокислородной границе области гомогенности соединения YbFe2O4±δ, при этом δ=-0,071.

На фиг.2 приведена дифрактограмма образца номинального состава YbFe2O4±δ, полученного в газовой смеси Ar+O2 (lgPo2=-14 атм) при температуре 1000°С, в которой наряду с рефлексами основной фазы YbFe2O4±δ видны рефлексы окисленных фаз (Fe3O4 и YbFeO3), т.е. определено равновесие на высококислородной границе области гомогенности YbFe2O4±δ, при этом δ=+0,052.

Из этих данных следует, что соединение YbFe2O4±δ при температуре 1000°С существует в интервале давлений кислорода от lgPo2=-14 до lgPo2=-19 (атм.).

На фиг.3 приведена дифрактограмма образца номинального состава YbFe2O4±δ, полученного в газовой смеси Ar+O2 (lgPo2=-16 атм) при температуре 1000°С, на которой отсутствуют рефлексы посторонних фаз, т.е. данное давление кислорода в газовой фазе позволяет получать оксид YbFe2O4±δ в гомогенном состоянии, при этом δ=0,002.

1. Способ получения сложного оксида иттербия и железа YbFe2O4±δ, включающий приготовление смеси из предварительно просушенных оксидов железа (III) и лантаноида, обжиг полученной смеси при температуре 1000°C в газовой смеси, содержащей кислород, отличающийся тем, что в качестве оксида лантоноида используют оксид иттербия (III) и обжиг приготовленной смеси ведут в газовой смеси, состоящей из инертного газа и кислорода, при поддержании заданного значения давления кислорода в смеси в диапазоне lgPo2=-14-19 атм.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве инертного газа используют по меньшей мере один из газов, выбранных из группы, содержащей аргон, азот.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сушку оксидов осуществляют при температуре 600°C.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области фундаментальной физики и может быть использовано при исследовании теплофизических свойств сверхтекучих квантовых жидкостей. Платина-платинородиевые термопары 1 и 2 погружают в расплав чистого борного ангидрида 5.

Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Способ синтеза ноль-валентных наночастиц переходных металлов - железа, или кобальта, или палладия, или марганца, или платины - с ковалентно модифицированной органическими функциональными группами поверхностью включает восстановление водных растворов солей соответствующих металлов борогидридами щелочных металлов с последующим in situ взаимодействием с водными или водно-органическими растворами арендиазониевых солей.

Изобретение относится к области биохимии. Предложен способ получения биогенного сероводорода.

Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Кобальтовую или кобальтохромовую тиошпинель получают в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в атмосфере воздуха.

Изобретение может быть использовано в фундаментальных исследованиях и при разделении обычных и сверхтекучих жидкостей. Способ визуализации двухжидкостной структуры квантовой жидкости в оксидных расплавах включает получение оксидного расплава путем плавления тонкодисперсного порошка В2О3 с добавками ВаО или Co3O4 в соотношении: ВаО - 1,0 мол.%; В2О3 - 99.0 мол.% мол.

Изобретение относится к сверхпроводникам и технологии их получения. Оксидный сверхпроводящий провод включает лентообразный оксидный сверхпроводящий слоистый материал 1, сформированный путем нанесения промежуточного слоя 4 на стороне передней поверхности металлической лентообразной подложки 3, оксидного сверхпроводящего слоя 5 на промежуточном слое 4 и защитного слоя 6 на оксидном сверхпроводящем слое 5, и покрытие, включающее металлическую ленту 2 и слой металла с низкой точкой плавления 7, при этом ширина металлической ленты 2 больше, чем ширина оксидного сверхпроводящего слоистого материала 1, и лента 2 закрывает поверхность защитного слоя 6 оксидного сверхпроводящего слоистого материала 1, обе боковые поверхности оксидного сверхпроводящего слоистого материала 1 и оба концевых участка 3а задней поверхности подложки 3 в поперечном направлении, причем оба концевых участка металлической ленты 2 в поперечном направлении закрывают оба концевых участка 3а задней поверхности подложки 3а, слой металла с низкой точкой плавления 7 заполняет щели между оксидным сверхпроводящим слоистым материалом 1 и металлической лентой 2, окружающей оксидный сверхпроводящий слоистый материал 1, и соединяет металлическую ленту 2 и оксидный сверхпроводящий слоистый материал 1 друг с другом, а часть 7с заполняющего слоя металла с низкой точкой плавления продолжается в область углубленного участка 2d, сформированного между обоими концевыми участками металлической ленты 2 в поперечном направлении.

Изобретение относится к технологии материалов, преобразующих электромагнитное излучение. Способ получения прозрачных металлсодержащих полимеризуемых композиций, предназначенных для изготовления избирательно поглощающих электромагнитное излучение материалов для светотехники, опто- и микроэлектроники, осуществляют взаимодействием растворимых солей металлов или их смесей с органическими серосодержащими соединениями в мольных соотношениях, не превышающих 1:1,5, в качестве реакционной среды используют стирол и/или эфиры (мет)акриловой кислоты при мольном отношении в смеси стирола к эфирам (мет)акриловой кислоты от 0 до 1, при нагревании в интервале температур 70-90°C в течение 5-20 минут.

Настоящее изобретение относится к способам получения коллоидных частиц оксида металла (варианты), в частности диоксида кремния, а также к самим коллоидным частицам.

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Никель-хромовую тиошпинель получают СВС из смеси порошкообразного сульфида никеля NiS с добавлением порошка хрома и кристаллической серы, взятых до стехиометрического состава NiCr2S4 с 5%-ным избытком серы, в атмосфере воздуха.

Изобретение может быть использовано в неорганической химии при получении высших сульфидов титана Ti3S4, TiS2 и TiS3. Синтез высших сульфидов титана проводят в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в вакууме 10-3 атм.

Изобретение может быть использовано в гидрометаллургии редких металлов и предназначено для извлечения скандия из хлоридных растворов. Для осуществления способа в качестве экстрагента скандия используют смесь трибутилфосфата с элементным йодом, взятым в количестве 12,5-76 г/л, реэкстрагируют металл водой.

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.

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.

Изобретение относится к способу получения органических электролюминесцентных материалов на основе координационных соединений европия для последующего использования в технологии органических светоизлучающих диодов и устройств (ОСИД или OLED).
Изобретение относится к технологии выделения редкоземельных элементов (РЗЭ) из природных фосфорсодержащих концентратов. Монацитовый концентрат обрабатывают при нагревании серной кислотой c получением спека, содержащего сульфаты редкоземельных элементов.
Изобретение относится к способу получения нитрата церия(IV) электрохимическим окислением нитрата церия(III) в анодной камере электролизера, содержащей раствор с начальной концентрацией нитрата церия(III) 100-130 г/л и начальной концентрацией свободной азотной кислоты в анолите и в католите 8-12 г/л, при плотности тока на платинированном ниобиевом аноде 1-3 А/дм2.

Изобретение относится к технологии получения соединений сложных оксидов со структурой граната, которые могут быть использованы для изготовления активных элементов твердотельных лазеров ближнего и среднего ИК-диапазонов, для разработки сцинтилляторов и люминофоров, а также в производстве термостойкой керамики.
Изобретение относится к синтезу гептатанталатов европия EuTa7O19 или тербия TbTa7O19, которые могут быть использованы в качестве рентгеноконтрастных веществ, люминофоров, покрытий рентгеновских экранов, оптоматериалов, материалов для электроники.

Изобретение относится к получению нанокристаллического магнитного порошка допированного ортоферрита иттрия. Исходный раствор, содержащий нитрат железа Fe(NO3)3, нитрат иттрия Y(NO3)3 и в качестве допанта нитрат бария Ва(NO3)2, кипятят в течение 5 мин.

Изобретение относится к люминесцирующим растворимым соединениям двухвалентных лантанидов, находящих широкое применение в различных отраслях промышленности и науки.
Наверх