Способ получения легированной двуокиси кремния

 

Союз Советскик

Социалистических

Республик

922

33/12

Госуфарственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

6.284.

046.5,16

) (72) Авторы

A.È.Кузнецов, Ю.И.Расторгуев, 5.3.Шалумов, Е.A.Рябенко, ИЗОбретения JI.A.жукова, B.B. Загоржинская и F.II.@åäoðoâà (71) Заявитель (54) CIIOCOS IIOJIVREHH8 ЛЕ1 HK)BAHHOA ДВУОКИСИ

КРЕМНИЯ

Изобретение относится к неорганической химии, в частности к способам получения легированной двуокиси кремния, которая применяется для изготовления оптических стекол н волоконнооптических линий связи.

Известен способ получения двуокиси кремния, легированной окисью алюминия, путем обработки алкосисилана легкогидролиэующимся соединением алюминия, например хлоридом алюминия, с последующим совместным гидролизом, сушкой и термообработкой (1}.

Однако по этому способу возможно получение легированного продукта с содержанием легирующего компонента не более 1% и при этом не обеспечивается достаточная равномерность его распределения в объеме материала.

Наиболее близок к предлагаемому изобретению способ получения легированной двуокиси кремния, включающий предварительный гидролиз алкоксисила- 5

На в водно-спиртовой среде при молярном соотношении алкоксисилан: вода 3,30,66 и концентрации кислоты 1.10 моль/л, смешение продукта гидролиза с соединением легирующего металла, повторный гидролиэ полученной смеси и последующую термообработку гидролиэата (2) . однако использование на стадии предварительного гидролиза укаэанных соотношений реагентов и концентрации кислоты приводит к неравномерному распределению легирующеГо компонента, . из-за глубокого гидролиэа алкоксиси- лана на первой стадии и образования глобул, состоящих из чистой двуокиси кремния, на поверхность которой можно ввести только небольшое количество легирующего компонента (до 13), а при превышении концентраций, наблюда-. ется образование фазы лигатуры.

Цель изобретения — повышение равномерности распределения легирующего компонента в,легированной двуокиси кремния.

Это достигается предлагаеьым способом получения легированной двуокиси кремния путем гидролиза алкоксисилана в водно-спиртовой среде при молярном соотношении алкоксисилан: вода 5-20 и концентрации катализатора

1.10 - 1.1() моль/л, смешения продукта гидролиэа с соединениями легирующих металлов, последующего повторного гидролиза полученной смеси и термообработки гидролизата.

698922

Составитель Л. Романцева

Редактор Л. Гребенникова Техред З.Фанта КоРРектоР H. Задерновская

Тираж 591 Подписное .

11ИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 7461/22

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Предлагаемый способ обеспечивает получение равноМерно легированного продукта, который по данным ИК-спектрального и рентгенофазового анализов не имеет индивидуальной фазы легируюИ(их компонентов.

Проведение предварительного гидролиэа в условиях предлагаемого способа обусловливает гидролиз только одной этоксигруппы алкоксисилаиа и образующийся продукт-алкоксисиланол

Реагирует с лигатурой qo схеме (RO ) Si — OH 4. Х вЂ” Me(RO ) - Si

-О Ме k НХ, 9 где Х вЂ” алкоксигруппа или анион кислоты;.

Ме- металл любой валентности, что обеспечивает равномерное легирование двуокиси кремния как одним, так .и несколькими элементами в широком - концентрационном интервале.

Повторный гидролиз можно проводить как в кислой, так и в щелочной среде. При этом происходит омыление только алкоксигрупп. у кремния и ал кокси(анион)групп у металла,а связь

Si — и — Ме остается, 25

Пример 1. B круглодонную колбу, снабженную мешалкой, заливают

264 мл тетраэтоксисилана и 323 мл этилового спирта, добавляют 3,8 мл Н 0 с концентрацией соляной кислоты 1. i(З0 моль/л и перемешивают в течение 30 мин, В реакционную массу добавляют

52 мл, тетраэтоксититана и перемешивают 30 мин. Чатем в нее добавляют

300 мл 10%-ного водного раствора ам- 35 миака и пермешивают 2 ч. Полученный воль термообрабатывают. Готовый продукт содержит 20 моль Ъ Т1 0 . Связи

Т(- о - Ti по данным ИК-спектроскопии отсутствуют. 40

Пример 2. Предварительный гидролиз проводят как в примере 1, а затем добавляют 28,5 мл GeCI4 и перемешивают 1 ч. В Реакционную смесь добавляют 250 мл воды и перемешивают в течение 2 ч.Полученный золь термообрабатывают. Готовый продукт содержит 20 моль Ъ GeO

Пример 3. В круглодонную колбу с мааалкой помещают 212 мл тетра50 этоксисилана и 140 мл этилового спирта,. добавляют 2,5 мл воды с концен-. трацией соляной (азотной) кислоты

1.10" моль/л, перемешивают в течение

4 ч. К реакционной смеси добавляют

100 мл спиртового раствора с концентрациями тетраэтокси (тетрахлорида) титана 1,0; изопропоксиалюминия (или соли алюминия) 0,3; тетрахлорида олова 0,05 моль/л и перемешивают

В течение 1 ч. атем добавляют 300 мл воды и пермешивают 2 ч. Полученный золь термообрабатывают, Готовый продукт содержит 7,9 моль В, T(og, 1,3 моль Ъ А1 0 ; 0 43 моль % SnO.

I p

Связи Т1 — о — Т1, Аl — и — АГ

Sn — 0-Яп по данным ИК-спектроскопии йе обнаружены.

Таким. образом предлагаемый способ, обеспечивающий получение легированного продукта на основе двуокиси кремния с равномерным распределением как одного, так нескольких примесных компонентов в широком концентрационном интервале, значительно расширяет возможности применения

Предлагаемого продукта при изготовлеbm однородного оптического стекла.

Формула изобретения

Способ получения легированной двуЪ окиси кремния, включающий гидролиз алкоксисилан а в водно-спиртовой среде в присутствии кислотного катализатора, смешение продукта гидролиза с соединениями легирующих металлов, повторный гидролиз полученной смеси и термообработку гидролизата, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения равномерности распределения легирующего компонента, гидролиэ алкосисилана проводят при молярном соотношении алкоксисилана:вода 5-20 и концентрации ° катализатора 1. 10 4 1.10 моль/л.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР.

Р 332701, кл . С 01 В 33/12, 24 .07 .70 .

2. Патент США У 3709833, кл . 25 2-448, 21 .08 .70 .