Способ получения сложного оксида тулия и железа tmfe2o4±δ



Способ получения сложного оксида тулия и железа tmfe2o4±δ
Способ получения сложного оксида тулия и железа tmfe2o4±δ
Способ получения сложного оксида тулия и железа tmfe2o4±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 2659250:

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

Изобретение относится к технологии получения сложных оксидов и может быть использовано для создания многофункциональных устройств в микроэлектронике. Способ получения сложного оксида тулия и железа TmFe2O4±δ включает приготовление смеси из оксида железа(III) и оксида тулия(III) и ее обжиг. Исходные оксиды предварительно сушат при температуре 550°C и смешивают в соотношении Fe2O3 : Tm2O3 = 1,00:0,47. Обжиг приготовленной смеси ведут при температуре 1090°C в газовой среде, состоящей из инертного газа и кислорода, при поддержании заданного значения давления кислорода в диапазоне lgPo2(атм)=(-12,3)÷(-13,1). Изобретение позволяет получить однофазный оксид тулия и железа, контролировать кислородную нестехиометрию получаемого сложного оксида. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к технологии получения сложных оксидов, обладающих богатыми функциональными свойствами - сегнетоэлектрическими, ферримагнитными, высокой способностью к поглощению инфракрасного спектра излучения. Эти свойства обусловлены наличием катионов железа смешанной валентности - Fe+2 и Fe+3. Присутствие металлических катионов одного и того же элемента различной валентности определяет необычные свойства материалов, что дает возможность использования их в области многофункциональных устройств в микроэлектронике.

Известен способ получения сложных оксидов металлов VB группы периодической системы элементов Д.И. Менделеева, в котором оксид металла VB группы, например V2O5, Nb2O5 или Ta2O5, перемешивают с оксалатом щелочного металла, например Na2C2O4. Смесь помещают в платиновый тигель и нагревают в печи в вакууме 10-2-10-3 мм рт.ст. до 625-650°C 8-9 ч, затем полученный продукт охлаждают вместе с печью. Результатом является получение однофазных сложных оксидов металлов VB группы различного состава, например Na0,83V2O5, Na0,7V2O5, Na2Nb8O21, Na2Ta4O11, с содержанием металла VB группы в различных степенях окисления, например соотношение V4+/V5+составляет 0,319-0,326, Nb4+/Nb5+ - 0,01 (Патент РФ №2209769 МПК C01G 31/02, оп. 10.08.2003).

Недостатком способа является достаточно высокое давление кислорода при обжиге исходных компонентов и низкие температуры синтеза, при которых невозможно получение сложных оксидов железа и лантаноидов, например тулия.

Известен способ получения сложного оксида железа и церия, включающий приготовление смеси порошков из оксида железа(III) и оксида церия(IV), предварительно просушенных при 1000°C, обжиг полученной смеси при температуре 1000-1200°C в газовой смеси, содержащей CO2 и СО или CO2 и O2 при поддержании давления кислорода в смеси lgPo2(атм)=(-7,25)÷(-15,68) с получением сложного оксида CeFeO3 (Kitayama К., NojiriK., SugiharaT., KatsuraT. Phasee quilibriainthe Ce-O and Ce-Fe-Osystems // J. Of Solid State Chemistry. 1985. V. 56. P. 1-11).

Недостатком способа для получения по указанным условиям сложного оксида тулия и железа является применение в качестве газовой среды смеси, содержащей CO2 и СО или CO2 и O2, что может приводить к образованию посторонних фаз - карбидов и оксикарбонатов, а также присутствию в получаемых сложных оксидах окисленных фаз (Fe3O4 и TmFeO3) при высоком содержании кислорода в газовой смеси.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является способ получения сложных оксидов RFe2O4 (R=Tm, Yb, Lu) твердофазным методом. Технология включает 2 этапа, вначале смешивают стехиометрические количества оксидов R2O3 и Fe2O3, прессуют и нагревают до температуры 1200°C на воздухе, в течение 12 ч. На следующем этапе образцы растирают, прессуют в таблетки и проводят обжиг в атмосфере СО/CO2 в соотношении 2/3, также в течение 12 ч. Результатом является получение однофазных сложных оксидов (Blasco J., Lafuerza S., Garcia J., Subias G. Structural properties in RFe2O4 compounds (R=Tm, Yb, and Lu) // Physical Review B. 2014. V. 90. 094119).

Недостатком способа для получения по указанным условиям сложного оксида тулия и железа является высокая температура синтеза, многостадийность и длительность процесса, при невозможности контроля кислородной нестехиометрии получаемого сложного оксида.

Техническим результатом предлагаемого способа является повышение качества получаемого сложного оксида TmFe2O4±δ с заданным значением кислородного индекса.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения сложного оксида тулия и железа TmFe2O4±δ, включающем приготовление смеси из оксидов железа(III) и лантаноида, обжиг полученной смеси в газовой среде, согласно изобретению в качестве оксида лантаноида используют оксид тулия(III), исходные оксиды предварительно сушат при температуре 550°C и смешивают в соотношении Fe2O3:Tm2O3=1,00:0,47, а обжиг приготовленной смеси ведут при температуре 1090°C в газовой среде, состоящей из инертного газа и кислорода, при поддержании заданного значения давления кислорода в диапазоне lgPo2(атм)=(-12,3)÷(-13,1).

Этот способ синтеза исключает любое другое взаимодействия компонентов газовой смеси с образцом, кроме кислородного обмена.

При этом в качестве газовой среды используют смесь из инертного газа, выбранного из группы, содержащей аргон, азот, и кислорода.

Проведение сушки оксидов тулия(III) и железа(III) при 550°C перед их смешиванием дополнительно обеспечивает 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.

Наличие в соединении TmFe2O4±δ катионов железа в двух степенях окисления Fe3+ и Fe2+ обусловливает для его получения проведение обжига при поддержании определенного значения кислорода в газовой смеси, состоящей из инертного газа и кислорода, в заданной пропорции. Это позволяет создать в сложном оксиде требуемое соотношение Fe2+/Fe3+ и получать образцы с варьированием величины кислородного индекса, что обеспечивает специфические служебные свойства соединения.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Просушенные исходные оксиды тулия(III) и железа(III), взятые в следующей пропорции 1,00:0,47, смешивали и подвергали обжигу при температуре 1090°C в газовой среде, состоящей из инертного газа (аргона или азота) и кислорода, при поддержании заданного значения давления кислорода в смеси. Использование для синтеза TmFe2O4±δ смеси исходных оксидов в стехиометрической пропорции (Fe2O3:Tm2O3=1,00:0,50) приводит к получению TmFe2O4±δ и незначительного количества примеси в виде оксида тулия. Корректировка состава шихты до соотношения Fe2O3:Tm2O3=1,00:0,47 позволяет получить однофазный продукт TmFe2O4±δ.

Заявленный способ испытан в лабораторных условиях.

Расчет навесок компонентов смеси (исходных оксидов Tm2O3 и Fe2O3) для получения готового продукта планируемой массы 3 г проведен по формуле (1)

где mк - масса компонента (Tm2O3 или Fe2O3),

mп - масса продукта (TmFe2O4±δ),

k - коэффициент при компоненте,

Мк -молекулярная масса компонента,

Мп - молекулярная масса продукта.

Таким образом, масса навески Tm2O3 составила 1,57873 г, масса навески Fe2O3 - 1,39013 г.

Навески исходных оксидов тулия(III) и железа(III), просушенные при температуре 550°C до постоянной массы и взятые в указанной 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 среде, состоящей из аргона и кислорода, с контролируемым парциальным давлением кислорода при 1090°C в течение 36 часов.

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

На фиг. 1 приведена дифрактограмма образца номинального состава TmFe2O4±δ, полученного в газовой смеси Ar+O2 (lgPo2(атм)=-12.8) при температуре 1090°C, на которой отсутствуют рефлексы посторонних фаз, т.е. данное давление кислорода в газовой фазе позволяет получать оксид TmFe2O4±δ в гомогенном состоянии, при этом δ=-0,009.

Предел стабильности фазы TmFe2O4±δ при температуре 1090°C ограничен значениями давлениями кислорода в интервале -12,3>lgPo2(атм)>-13,1. Дифрактограмма образца номинального состава TmFe2O4±δ, полученного в газовой смеси Ar+O2 при поддержании стабильного давления lgPo2(атм)=-12,3 (фиг. 2), показывает, что наряду с рефлексами основной фазы TmFe2O4±δ присутствуют рефлексы окисленных фаз (Fe3O4 и TmFeO3), т.е. определено равновесие на высококислородной границе области гомогенности TmFe2O4±δ, при этом δ=+0,024. В образце, синтезированном при поддержании стабильного давления lgPo2(атм)=-13,1 (фиг. 3), наряду с рефлексами основной фазы фиксируются рефлексы восстановленных фаз (Fe и Tm2O3), т.е. установлено равновесие на низкокислородной границе области гомогенности соединения TmFe2O4±δ, при этом δ=-0,084.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения наноструктурированных порошков ферритов включает получение смеси соли азотной кислоты и по крайней мере одного оксидного соединения металла, ультразвуковую обработку, термообработку и фильтрацию.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ утилизации отходов хроматного производства включает смешение исходных дисперсных материалов и плавку в электродуговой печи при температуре от 1100 до 1400°С с пирометаллургическим получением феррохрома.

Изобретение может быть использовано в электронике, в производстве телекоммуникационного оборудования и электродвигателей. Способ получения субмикронных порошков феррита кобальта(II) включает приготовление исходных реакционных водных растворов, содержащих соли кобальта и железа.

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано при получении магнитов с полимерной связкой и спеченных магнитов. Для получения магнитотвердого материала на основе нитридов интерметаллических соединений самария с железом и переходными металлами, выбранными из группы Ti, Nb, Mo, смешивают порошки железа и одного, двух или трех переходных металлов Ti, Nb, Mo таким образом, чтобы легирующие элементы замещали не более 10 масс.

Изобретение относится к радиоэлектронной технике и касается создания гексаферритовых магнитомягких материалов для индуктивных элементов дециметрового и сантиметрового частотного диапазонов.

Изобретение относится к технологии магнитотвердых ферритов и может быть использовано при изготовлении гексаферритов стронция. Технический результат - повышение активности при измельчении смеси исходных ферритообразующих компонентов в производстве гексаферрита стронция, что обеспечивает повышение коэрцитивной силы по намагниченности гексаферрита стронция больше 235 кА/м за счёт снижения температуры синтеза и обжига.

Изобретение может быть использовано для установления подлинности или верификации взрывчатых веществ, ценных бумаг, дорогостоящего оборудования, ювелирных изделий.

Изобретение может быть использовано при создании магнитоактивных катализаторов. Способ получения раствора магнитоактивного соединения включает конденсацию из раствора сульфата железа (II), содержащего лигносульфонаты, и раствора окислителя при их смешении.

Изобретение относится к области химической технологии, в частности к способам электрохимического окисления железа для получения реагента-окислителя феррата (VI) FeO42-.

Изобретение относится к технологии магнитотвердых ферритов и может быть использовано при изготовлении гексаферритов бария. Технический результат - повышение коэрцитивной силы по намагниченности гексаферрита бария больше 230 кА/м и повышение активности при измельчении смеси исходных ферритообразующих компонентов, что приводит к значительному снижению температуры обжига.

Изобретение относится к технологии формирования упорядоченных структур на поверхности твердого тела и может быть использовано для получения нитевидных кристаллов из различных материалов, пригодных для термического испарения.
Изобретение относится к области неорганической химии и касается способа получения модифицированных кристаллов магнетита Fe3O4, содержащих на поверхности флуоресцентный краситель, что дает возможность визуализировать и отслеживать их поведение как в живой клетке, так и в живом организме in vivo.

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для катализаторов для получения необходимых в промышленности газов и в синтезе высокопрочной керамики.

Изобретение относится к технологии получения германата висмута Bi4Ge3O12, который может быть использован в качестве исходного материала для выращивания чистых, бездефектных монокристаллов, а также в гамма-спектроскопии, ядерной промышленности, в медицине, оптоэлектронике, физике высоких энергий.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ мокрого гашения оксидов кальция и магния известково-магнезиального соединения, содержащего по меньшей мере 10 масс.% MgO по отношению к общей массе известково-магнезиального соединения, включает подачу известково-магнезиального соединения и водной фазы в оборудование для гашения.

Изобретение относится к области материаловедения и может быть использовано в производстве конструктивных и строительных элементов в машиностроении, функциональных теплозащитных покрытий, в медицине при производстве имплантатов в костные ткани, пломбировочного материала, при получении керамических топливных ячеек, пленок для получения миниатюрных электромеханических систем, электронных и оптических приборов, датчиков и преобразователей энергии, режущих инструментов, катализаторов.

Изобретение относится к устройствам для кристаллизации периодического действия для получения кристаллов, предпочтительно перхлората аммония. Устройство содержит кристаллизатор 1, состоящий из металлического цилиндрического сосуда, внутренняя поверхность которого состоит из материала с твердостью по меньшей мере 120 НВ, предпочтительно по меньшей мере 200 НВ, цилиндрический сосуд имеет овальное или круглое поперечное сечение с коническим или вогнутым днищем 12, оборудованный вдоль его длины двойной рубашкой 4 для охлаждения раствора и/или суспензии раствора и кристаллов и высокоскоростным перемешивающим устройством 8 из материала с твердостью по меньшей мере 120 НВ, предпочтительно по меньшей мере 200 НВ, высокоскоростное перемешивающее устройство 8 оснащено приводом 9, обеспечивающим регулирование скорости и, следовательно, степени воздействия механического действия перемешивающего устройства на округлость кристаллов внутри сосуда вместе с внутренней поверхностью сосуда, содержащего по меньшей мере две перегородки 5 из материала с твердостью по меньшей мере 120 НВ, предпочтительно по меньшей мере 200 НВ, при этом сосуд оборудован по меньшей мере одним отверстием 10 сверху, соединенным по меньшей мере с одним независимым ответвлением контура циркуляции 11 снаружи для ввода нагретого раствора и/или нагретой суспензии раствора и кристаллов с помощью по меньшей мере одного циркуляционного насоса 2 через по меньшей мере один теплообменник 3 для обеспечения вместе с двойной рубашкой 4 регулируемых периодических изменений температур суспензии кристаллов вблизи кривой охлаждения, при этом соединительный трубопровод 13 соединен с днищем 12 сосуда кристаллизатора 1 и по меньшей мере с одним ответвлением контура циркуляции 11.

Изобретение относится к области получения наноматериалов, а именно нанопорошков кремния, и может быть использовано в стоматологии и биомедицине для получения фотолюминесцентных меток.

Изобретение может быть использовано в производстве бумажных и картонных изделий, косметических, пластмассовых изделий, герметизирующих материалов, красок, покрытий.
Изобретение может быть использовано в производстве бумаги, пластмасс, красок, продуктов питания, фармацевтических изделий. Способ изготовления водной суспензии включает подготовку минерального пигментного материала и деполимеризованной карбоксиметилцеллюлозы, имеющей степень карбоксилирования в интервале от 0,2 до 2,2, молекулярную массу в интервале от 5000 до 40000 г/моль и индекс полидисперсности в интервале от 2 до 10.
Изобретение относится к технологии неорганических веществ, а именно к гидрометаллургии скандия. Способ разделения скандия и сопутствующих металлов заключается в обработке скандийсодержащего раствора серной кислотой в присутствии соли, содержащей ионы аммония, при нагревании с последующими фильтрацией полученного осадка, его промывкой этиловым спиртом и сушкой.

Изобретение относится к технологии получения сложных оксидов и может быть использовано для создания многофункциональных устройств в микроэлектронике. Способ получения сложного оксида тулия и железа TmFe2O4±δ включает приготовление смеси из оксида железа и оксида тулия и ее обжиг. Исходные оксиды предварительно сушат при температуре 550°C и смешивают в соотношении Fe2O3 : Tm2O3 1,00:0,47. Обжиг приготовленной смеси ведут при температуре 1090°C в газовой среде, состоящей из инертного газа и кислорода, при поддержании заданного значения давления кислорода в диапазоне lgPo2÷. Изобретение позволяет получить однофазный оксид тулия и железа, контролировать кислородную нестехиометрию получаемого сложного оксида. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх