CN103198912B - 立方相钪锗氧化物的高温高压制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明的立方相钪锗氧化物的高温高压制备方法属于磁性材料制备的技术领域。以氧化钪、氧化锗为原料，经混料压块、组装、高温高压合成、冷却卸压的工艺过程制得立方相钪锗氧化物；所述的高温高压合成，是在压力为5GPa、温度为1300～1500℃下保温保压15～60分钟，最后冷却卸压。本发明的方法完全是在无水无改良剂环境中进行的，从根本上避免不必要杂质的出现，所得的立方相钪锗氧化物纯度高；所采用的高温高压设备目前在国内被大量用来生产金刚石，其操作简单，可以较快地实施产业化，并且能得到高品质的立方相钪锗氧化物。

Description

立方相钪锗氧化物的高温高压制备方法

技术领域

本发明属于磁性材料制备的技术领域。具体涉及钪锗氧化物的立方相，以及以氧化钪（Sc₂O₃）、氧化锗（GeO₂）为原料，利用高温高压制备技术合成立方相钪锗氧化物的方法。

背景技术

磁性材料与信息化、自动化、机电一体化、国防、国民经济的方方面面紧密相关。磁性材料是国民经济的重要支柱与基础，而且近年来磁性材料的发展十分迅速，特别是新型磁性材料的不断出现，对现代工业技术进步起着巨大的推动作用。目前研究的磁性材料中，有一类是烧绿石型的氧化物，其化学通式为A₂B₂O₇,(其中A、B分别是+3价和+4价阳离子)，其晶体结构是由共顶点的四面体组成，根据所选择不同的磁性阳离子，可以出现新型的磁关联效应，这是由于多种包括晶体场，磁交换，以及磁偶极等等的相互作用，使得此类材料表现出奇异的磁有序态，比如自旋玻璃态、自旋冰态和自旋液体态等等，现已成为磁学和材料学的重要研究对象。在常规条件下，烧绿石型氧化物大多具有单斜对称性，探索具有新结构的烧绿石型氧化物，对于磁性材料的发展研究及潜在应用具有重要的指导意义。钪锗氧化物（Sc₂Ge₂O₇）的晶体结构是单斜结构，其制备手段主要是固相合成以及水热合成等。关于采用高温高压制备目前还没有报道。研究钪锗氧化物的高压相材料可以说是增加了烧绿石型氧化物的种类，以及随之产生的不同的新的磁效应，并能增加作为磁性材料的潜在应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是采用新的合成钪锗氧化物的方法—高温高压制备方法，该方法主要通过合成温度，压力和保压时间来调整钪锗氧化物的高压相结构的形成，制备出具有崭新结构的钪锗氧化物；并且该方法易于实施。

本发明的立方相钪锗氧化物，组分是Sc₂Ge₂O₇，其结构是面心立方结构。

本发明的立方相钪锗氧化物制备的具体技术方案如下所述。

一种立方相钪锗氧化物的高温高压制备方法，以氧化钪（Sc₂O₃）、氧化锗（GeO₂）为原料，经混料压块、组装、高温高压合成、冷却卸压的工艺过程制得立方相钪锗氧化物；所述的混料压块，是将氧化钪和氧化锗按摩尔比1∶2进行混合，按合成腔体大小压成片状；所述的组装，是先在片状样品外包裹氮化硼（BN）管，再装入石墨管加热容器，最后放入叶蜡石合成腔体中；所述的高温高压合成，是在高温高压装置上进行，在压力为5GPa、温度为1300～1500℃下保温保压15～60分钟；所述的冷却卸压，是停止加热后自然冷却至室温后卸压。还可以是停止加热后先保压5～10分钟后卸压，再自然冷却至室温。这样有利于减少杂相，有利于对设备的保护和减少压机的使用时间、提高压机的使用效率。

所述的氧化钪（Sc₂O₃）、氧化锗（GeO₂）为原料，它们的质量纯度≥99.99%。

本发明的合成实验可以在国产DS029B型六面顶压机上完成。合成的温度高低、保温保压时间是影响立方相钪锗氧化物纯度的重要因素，最佳合成压力是5GPa，最佳合成温度为1300℃，保温保压的时间是15分钟。

本发明还请求保护由立方相钪锗氧化物的高温高压制备方法制备的钪锗氧化物，其特征是，具有面心立方相结构。

本发明有益效果在于，第一，本方法完全是在无水，无改良剂环境中进行的，可以从根本上避免不必要杂质的出现，所得的立方相钪锗氧化物纯度高。第二，本方法生产的立方相钪锗氧化物所采用的高温高压设备目前在国内被大量用来生产金刚石，其操作简单，用其生产可以较快地实施产业化，并且能得到高品质的立方相钪锗氧化物。

附图说明

图1是实施例1高温固相法制备的钪锗氧化物（Sc₂Ge₂O₇）的X光衍射图。

图2是实施例2高温高压制备的钪锗氧化物（Sc₂Ge₂O₇）的X光衍射图。

图3是实施例3高温高压制备的钪锗氧化物（Sc₂Ge₂O₇）的X光衍射图。

图4是实施例4高温高压制备的钪锗氧化物（Sc₂Ge₂O₇）的X光衍射图。

图5是实施例5高温高压制备的钪锗氧化物（Sc₂Ge₂O₇）的X光衍射图。

具体实施方式

实施例1：

将高纯的氧化钪（Sc₂O₃）和氧化锗（GeO₂）按摩尔比1∶2研磨4小时，进行充分混合，粉压成型后放入高温马弗炉中烧结，烧结温度为1200℃，保温时间24小时，再自然冷却至室温，得到最终样品。此条件制备的钪锗氧化物（Sc₂Ge₂O₇）具有单斜结构，具体的X光衍射谱结果见图1。

本实施例是高温固相法制备Sc₂Ge₂O₇的过程，用于与本发明的高温高压制备Sc₂Ge₂O₇的方法进行比较。

实施例2：

将高纯的氧化钪（Sc₂O₃）和氧化锗（GeO₂）按摩尔比1∶2混合，粉压成片状后，先在片状样品外包裹氮化硼（BN）管，再装入石墨管加热容器，最后放入叶蜡石合成腔体中，合成压力为5GPa，温度为1300℃，保压保温时间15分钟，停止加热后样品自然冷却至室温后卸压。此条件制备的钪锗氧化物（Sc₂Ge₂O₇）具有立方结构，结晶程度最好，具体的X光衍射谱结果见图2。

实施例3：

采用与实施例2相同的原材料与组装，合成压力为5GPa，温度为1300℃，保压保温时间30分钟，停止加热后样品自然冷却至室温后卸压，此条件制备的立方相钪锗氧化物（Sc₂Ge₂O₇）结晶度较好。具体的X光衍射谱结果见图3。

实施例4：

采用与实施例2相同的原材料与组装，合成压力为5GPa，温度为1300℃，保压保温时间60分钟，停止加热后样品自然冷却至室温后卸压，此条件制备的立方相钪锗氧化物（Sc₂Ge₂O₇）含有非晶杂相。具体的X光衍射谱结果见图4。

实施例5：

采用与实施例2相同的原材料与组装，合成压力为5GPa，温度为1500℃，保压保温时间15分钟，停止加热后样品自然冷却至室温后卸压，此条件制备的立方相钪锗氧化物（Sc₂Ge₂O₇）含有金属杂相。具体的X光衍射谱结果见图5。

Claims (4)

1.一种立方相钪锗氧化物的高温高压制备方法，以氧化钪、氧化锗为原料，其特征是，经混料压块、组装、高温高压合成、冷却卸压的工艺过程制得立方相钪锗氧化物；所述的混料压块，是将氧化钪和氧化锗按摩尔比1∶2进行混合，按合成腔体大小压成片状；所述的组装，是先在片状样品外包裹氮化硼管，再装入石墨管加热容器，最后放入叶蜡石合成腔体中；所述的高温高压合成，是在高温高压装置上进行，在压力为5GPa、温度为1300～1500℃下保温保压15～60分钟；所述的冷却卸压，是停止加热后自然冷却至室温后卸压，或者是停止加热后先保压5～10分钟后卸压，再自然冷却至室温。

2.根据权利要求1所述的立方相钪锗氧化物的高温高压制备方法，其特征是，所述的高温高压合成，是在压力为5GPa、温度为1300℃下保温保压15分钟。

3.根据权利要求1或2所述的立方相钪锗氧化物的高温高压制备方法，其特征是，所述的氧化钪和氧化锗，质量纯度≥99.99％。

4.一种权利要求1的立方相钪锗氧化物的高温高压制备方法制备的钪锗氧化物，其特征是，具有面心立方相结构。