RU2527362C1 - Method of producing ceramic from ytterbium oxide - Google Patents
Method of producing ceramic from ytterbium oxide Download PDFInfo
- Publication number
- RU2527362C1 RU2527362C1 RU2013115029/03A RU2013115029A RU2527362C1 RU 2527362 C1 RU2527362 C1 RU 2527362C1 RU 2013115029/03 A RU2013115029/03 A RU 2013115029/03A RU 2013115029 A RU2013115029 A RU 2013115029A RU 2527362 C1 RU2527362 C1 RU 2527362C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pressure
- ytterbium oxide
- sample
- phase
- temperature
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области получения керамических материалов, в частности, из оксидов редкоземельных элементов в условиях высоких давлений и температур для использования их в медицинской, химической и ряде других отраслей промышленности.The invention relates to the field of production of ceramic materials, in particular, from oxides of rare-earth elements at high pressures and temperatures for use in medical, chemical and several other industries.
Оксид иттербия используют в основном как стабилизирующую добавку при производстве керамических композиционных материалов на основе оксида циркония (И. Лаубе, А. Гюгель, Р. Оттерштенд. Оксид циркония и способ его получения, патент РФ 2442752 С2, МПК G01G 25/00, H01M 8/2, публикация 20.02.2012), нитрида кремния (Jian-Feng Yang, Zhen-Yan Deng, Tatsuki Ohji. Fabrication and characterisation of porous silicon nitride ceramics using Yb2O3 as sintering additive. Journal of the European Ceramic Society, v.20, 371-378, 2003) и других керамических изделий с целью повышения их физико-механических свойств за счет улучшения спекаемости.Ytterbium oxide is mainly used as a stabilizing additive in the production of ceramic composite materials based on zirconium oxide (I. Laube, A. Guyugel, R. Ottershtend. Zirconia and its preparation, RF patent 2442752 C2, IPC G01G 25/00, H01M 8 / 2, published February 20, 2012), silicon nitride (Jian-Feng Yang, Zhen-Yan Deng, Tatsuki Ohji. Fabrication and characterization of porous silicon nitride ceramics using Yb 2 O 3 as sintering additive. Journal of the European Ceramic Society, v .20, 371-378, 2003) and other ceramic products in order to increase their physical and mechanical properties by improving sintering.
В последнее десятилетие интерес к керамике на основе оксида иттербия существенно возрос в связи с развитием брахитерапии, нового метода лечения онкологических заболеваний. Брахитерапия является способом лечения рака, при котором источники радиоактивного излучения размещают в теле непосредственно в опухолевой области с возможностью последующего удаления. При этом диаметр активной части источника излучения по ряду причин не должен превышать 1,0 мм.In the last decade, interest in ytterbium oxide-based ceramics has increased significantly due to the development of brachytherapy, a new method of treating cancer. Brachytherapy is a cancer treatment method in which the sources of radiation are placed in the body directly in the tumor area with the possibility of subsequent removal. Moreover, the diameter of the active part of the radiation source for several reasons should not exceed 1.0 mm.
В настоящее время наиболее перспективным радионуклидом для брахитерапии считается иттербий-169, который образуется при облучении нейтронами мишени, содержащей изотоп иттербий-168. Преимущества источников на основе иттербия-169 обусловлены мягким энергетическим спектром гамма-лучей и высокой удельной активностью. Однако исходный материал в виде заготовок из металлического иттербия, обогащенного изотопом иттербий-168, в настоящее время недоступен. Кроме того, при достижении предельной плотности оксидная керамика содержит в единице объема на 11% больше атомов иттербия, чем металл (плотность кубической фазы Yb2O3 - 9,2 г/см3, а плотность металлического иттербия - 7,0 г/см3). Поэтому получение керамики из оксида иттербия с предельно достижимой плотностью позволит повысить активность источника радиоактивного излучения.Currently, ytterbium-169, which is formed by neutron irradiation of a target containing ytterbium-168 isotope, is considered the most promising radionuclide for brachytherapy. The advantages of sources based on ytterbium-169 are due to the soft energy spectrum of gamma rays and high specific activity. However, the starting material in the form of preforms of ytterbium metal enriched in the ytterbium-168 isotope is currently not available. In addition, upon reaching the maximum density, oxide ceramic contains 11% more ytterbium atoms per unit volume than metal (the density of the cubic phase of Yb 2 O 3 is 9.2 g / cm 3 and the density of metallic ytterbium is 7.0 g / cm 3 ). Therefore, obtaining ceramics from ytterbium oxide with an extremely attainable density will increase the activity of the source of radioactive radiation.
Известные источники, в которых используют ионизирующее излучение иттербия-169, приведены в публикации (К.L. Leonard, Th. A. DiPetrillo, J.J. Munro and D.E. Wazer. A novel ytterbium-169 brachytherapy source and delivery system for use in conjunction with minimally invasive wedge resection of early-stage lung cancer. Brachytherapy. 10(2), 163-169, 2011) и в патентах: патент США 7530941, опуб. 12.05.09, МПК A61N 5/00 «Источник для брахитерапии», патент РФ 101367 на полезную модель, опуб. 20.01.2011 «Высокодозовый источник радиоактивного излучения»). Радиоактивным элементом в этих известных источниках является цилиндрический сердечник диаметром до 1 мм и длиной до 4 мм, выполненный из обогащенного по изотопу иттербий-168 (15-30% ат) керамического материала с плотностью от 7 г/см3.Well-known sources using ytterbium-169 ionizing radiation are given in a publication (K. L. Leonard, Th. A. DiPetrillo, JJ Munro and DE Wazer. A novel ytterbium-169 brachytherapy source and delivery system for use in conjunction with minimally invasive wedge resection of early-stage lung cancer. Brachytherapy. 10 (2), 163-169, 2011) and in patents: US patent 7530941, publ. 05/12/09, IPC
Известен способ получения керамики из оксида иттербия для сердечников, описанный в работе (K.J. Son, J.S. Lee, U.J. Park, S.B. Hong, K.S. Seo, H.S. Han. Development of miniature radiation sources for medical and non-destructive testing applications. Final report of a coordinated research project 2001-2005, IAEA-TECDOC-1512, 93-103, 2006). Для формования изделия использовали метод мундштучного прессования порошкового материала и последующего спекания при температуре 1150°C в течение 3 часов. При этом были получены цилиндрические образцы керамики диаметром 1 мм и высотой 1 мм с максимальной плотностью около 6 г/см3. Низкая плотность сердечников является главным недостатком предложенного метода.A known method for producing ytterbium oxide ceramics for cores described in (KJ Son, JS Lee, UJ Park, SB Hong, KS Seo, HS Han. Development of miniature radiation sources for medical and non-destructive testing applications. Final report of a coordinated research project 2001-2005, IAEA-TECDOC-1512, 93-103, 2006). For forming the product, the mouthpiece pressing method of the powder material and subsequent sintering at a temperature of 1150 ° C for 3 hours was used. In this case, cylindrical ceramic samples with a diameter of 1 mm and a height of 1 mm with a maximum density of about 6 g / cm 3 were obtained. Low core density is the main disadvantage of the proposed method.
При изучении фазовых соотношений в оксидах редкоземельных металлов в условиях высоких давлений и температур были установлены границы фазовых переходов и показано, что кубическая фаза Yb2O3 переходит в моноклинную с плотностью 10,0 г/см3 (Н.R. Hoekstra. Phase Relationships in the Rare Earth Sesquioxides at High Pressure. Inorganic Chemistry. V.5, №5, 754-757, 1966). Из приведенных в работе диаграмм следует, что при давлении около 2.0 ГПа моноклинную модификацию можно получить при температурах выше 1500°C. С увеличением давления температура перехода кубической фазы в моноклинную резко снижается и для 3,0 ГПа составляет около 1000°C. Из этого следует, что использование высоких давлений становится целесообразным для повышения плотности керамики из оксида иттербия.When studying the phase relationships in rare earth oxides at high pressures and temperatures, the boundaries of phase transitions were established and it was shown that the cubic phase of Yb 2 O 3 goes into the monoclinic phase with a density of 10.0 g / cm 3 (N.R. Hoekstra. Phase Relationships in the Rare Earth Sesquioxides at High Pressure. Inorganic Chemistry. V.5, No. 5, 754-757, 1966). From the diagrams given in the work, it follows that at a pressure of about 2.0 GPa, a monoclinic modification can be obtained at temperatures above 1500 ° C. With increasing pressure, the temperature of the transition of the cubic phase to the monoclinic decreases sharply and for 3.0 GPa is about 1000 ° C. It follows that the use of high pressures becomes appropriate to increase the density of ytterbium oxide ceramics.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) взят метод получения плотной керамики из оксида иттербия при нормальном давлении (В.R. Powell, О. Hunter, W.R. Manning. Elastic Properties of Polycrystalline Ytterbium Oxide. J. of American Ceramic Society. V.54, 10, 488-490, 1971). Образцы керамики получали путем двухстадийного формования порошка оксида: сначала в стальной пресс-форме при давлении до 0,014 ГПа, а затем методом изостатического прессования при давлении 0,35 ГПа. Спрессованные изделия спекали в индукционной печи с графитовыми токоприемниками при температурах 1800-2200°C. Максимальная плотность (8,6 г/см3) была получена после 30 минутной выдержки при 2200°C, что достаточно близко к теоретической плотности кубической фазы оксида иттербия. Спеченные изделия дополнительно отжигали на воздухе при 1200°C в течение 7 часов для удаления следов графита. Недостатками указанного способа являются: высокая температура спекания, при которой происходит собирательная рекристаллизация и керамика из УЬ20з получается слишком хрупкой, а также необходимость дополнительного отжига спеченных изделий.The closest technical solution (prototype) is a method for producing dense ytterbium oxide ceramics at normal pressure (B. R. Powell, O. Hunter, W. R. Manning. Elastic Properties of Polycrystalline Ytterbium Oxide. J. of American Ceramic Society. V. 54, 10, 488-490, 1971). Ceramic samples were obtained by two-stage molding of oxide powder: first in a steel mold at a pressure of up to 0.014 GPa, and then by isostatic pressing at a pressure of 0.35 GPa. Compressed products were sintered in an induction furnace with graphite current collectors at temperatures of 1800-2200 ° C. The maximum density (8.6 g / cm 3 ) was obtained after 30 minutes at 2200 ° C, which is quite close to the theoretical density of the cubic phase of ytterbium oxide. Sintered products were further annealed in air at 1200 ° C for 7 hours to remove traces of graphite. The disadvantages of this method are: high sintering temperature, at which collective recrystallization occurs and ceramics made of U2020 is too brittle, as well as the need for additional annealing of sintered products.
Задачей настоящего технического решения является устранение указанных выше недостатков и получение керамических изделий из оксида иттербия с высокой плотностью, вплоть до 10 г/см3.The objective of this technical solution is to eliminate the above disadvantages and obtain ceramic products from ytterbium oxide with high density, up to 10 g / cm 3 .
Решение поставленной задачи обеспечивали тем, что в предлагаемом способе получения высокоплотных керамических изделий из оксида иттербия порошок сначала формовали в металлической пресс-форме при давлении 0,1-0,5 ГПа. Точное значение давления при формовании порошка выбирали исходя из потребных геометрических размеров образца. Сформованный образец отжигали в печи сопротивления при температуре 400-550°C в течение 1-2 часов. Температуру и время отжига в печи определяли из условия полного удаления из сформованного изделия влаги и получения стехиометрического состава оксида иттербия. Сформованный и отожженный образец затем подвергали термобарической обработке в области термодинамической стабильности кубической модификации оксида иттербия или в области термодинамической стабильности более плотной моноклинной модификации. С этой целью снаряжли ячейку высокого давления (Фиг.1), представляющую собой контейнер из литографского камня, в котором размещали графитовый нагреватель, токоподводящие крышки, шайбы из литографского камня и образец. Образец помещали в геометрическом центре нагревателя, а все свободное пространство между образцом и внутренними поверхностями нагревателя и шайб заполняли порошком гексагонального нитрида бора или смесью порошков гексагонального нитрида бора и хлорида натрия, являвшимися средой, передающей давление на образец. Снаряженную ячейку высокого давления помещали в камеру высокого давления с профилированными твердосплавными наковальнями типа «тороид» и проводили термобарическую обработку. Такие камеры используют в промышленных масштабах при синтезе и спекании сверхтвердых материалов. Применение камеры высокого давления типа «тороид» для получения новых оксидных фаз описано, в частности, в работе (В.П. Филоненко, И.П. Зибров. Фазовые переходы в оксидах M2O5 (М-V, Nb, Та) при высоких давлениях и термическая стабильность новых модификаций. Неорганические материалы. Т.37, №9, 1120-1126, 2001).The solution of this problem was ensured by the fact that in the proposed method for producing high-density ceramic products from ytterbium oxide, the powder was first molded in a metal mold at a pressure of 0.1-0.5 GPa. The exact pressure during powder molding was selected based on the required geometric dimensions of the sample. The formed sample was annealed in a resistance furnace at a temperature of 400-550 ° C for 1-2 hours. The temperature and time of annealing in the furnace was determined from the condition of complete removal of moisture from the molded product and obtaining the stoichiometric composition of ytterbium oxide. The formed and annealed sample was then subjected to thermobaric treatment in the field of thermodynamic stability of the cubic modification of ytterbium oxide or in the field of thermodynamic stability of a denser monoclinic modification. For this purpose, a high-pressure cell was equipped (Fig. 1), which is a container of lithographic stone, in which a graphite heater, current-carrying covers, washers of lithographic stone and a sample were placed. The sample was placed in the geometric center of the heater, and all the free space between the sample and the inner surfaces of the heater and washers was filled with hexagonal boron nitride powder or a mixture of hexagonal boron nitride and sodium chloride powders, which was the medium transferring pressure to the sample. The equipped high-pressure cell was placed in a high-pressure chamber with profiled carbide-shaped anvils of the toroid type and thermobaric treatment was performed. Such chambers are used on an industrial scale in the synthesis and sintering of superhard materials. The use of a toroid type high-pressure chamber for producing new oxide phases is described, in particular, in (V.P. Filonenko, I.P. Zibrov. Phase transitions in oxides M 2 O 5 (M-V, Nb, Ta) at high pressures and thermal stability of new modifications. Inorganic materials. T.37, No. 9, 1120-1126, 2001).
При термобарической обработке образца давление выбирали из диапазона, соответствующего 2,0-8,0 ГПа. Использование давления ниже 2,0 ГПа нецелесообразно из-за слишком высокой температуры спекания кубической модификации, а давления выше 8,0 ГПа резко снижают работоспособность камер высокого давления.During thermobaric treatment of the sample, the pressure was selected from the range corresponding to 2.0–8.0 GPa. The use of pressure below 2.0 GPa is impractical due to the too high sintering temperature of the cubic modification, and pressures above 8.0 GPa sharply reduce the performance of high-pressure chambers.
Температуру спекания выбирали в диапазоне 600-1500°C. При температурах ниже 600°C процесс спекания кубической фазы, а также ее перехода в моноклинную фазу, замедлен и требует длительного времени выдержки, что связано с дополнительными затратами энергии. При температурах выше 1500°C наблюдается интенсивная собирательная рекристаллизация, что в условиях спекания под давлением приводит к появлению в образцах микротрещин.The sintering temperature was selected in the range of 600-1500 ° C. At temperatures below 600 ° C, the sintering process of the cubic phase, as well as its transition to the monoclinic phase, is slowed down and requires a long exposure time, which is associated with additional energy costs. At temperatures above 1500 ° C, intense collective recrystallization is observed, which under sintering under pressure leads to the appearance of microcracks in the samples.
Время выдержки при температуре спекания выбирали в диапазоне 5-100 секунд. Точное время выдержки при заданном давлении и температуре определяли из условия получения в изделии кубической или моноклинной фазы.The exposure time at sintering temperature was selected in the range of 5-100 seconds. The exact exposure time at a given pressure and temperature was determined from the conditions for obtaining a cubic or monoclinic phase in the product.
Для аттестации образцов после термобарической обработки их плотность измеряли гидростатическим взвешиванием, фазовый состав определяли при помощи рентгеновских методов, а размер кристаллитов и наличие примесей анализировали на сканирующем электронном микроскопе.To certify samples after thermobaric treatment, their density was measured by hydrostatic weighing, the phase composition was determined using x-ray methods, and the crystallite size and the presence of impurities were analyzed using a scanning electron microscope.
Предлагаемое техническое решение поясняется фигурами 1, 2 и 3.The proposed technical solution is illustrated by figures 1, 2 and 3.
На Фиг.1 показана схема снаряжения ячейки камеры высокого давления, где 1 - контейнер из литографского камня, 2 - токоподводящие крышки, 3 - шайбы из литографского камня, 4 - графитовый нагреватель, 5 - порошок гексагонального нитрида бора или смесь порошков гексагонального нитрида бора и хлорида натрия, 6 - заготовка из порошка оксида иттербия.Figure 1 shows the equipment circuit of a cell of a high-pressure chamber, where 1 is a container of lithographic stone, 2 are current-carrying covers, 3 are washers of lithographic stone, 4 is a graphite heater, 5 is hexagonal boron nitride powder or a mixture of hexagonal boron nitride powders and sodium chloride, 6 - a preparation of ytterbium oxide powder.
На Фиг.2 приведены внешний вид полученной керамики (а), микроструктура скола (б) и дифрактограмма образца керамики из кубической фазы оксида иттербия.Figure 2 shows the appearance of the obtained ceramics (a), the microstructure of the chip (b) and the diffraction pattern of the ceramic sample from the cubic phase of ytterbium oxide.
На Фиг.3 приведены внешний полученной керамики вид (а), микроструктура скола (б) и дифрактограмма образца керамики из моноклинной фазы оксида иттербия.Figure 3 shows the external obtained ceramic type (a), the microstructure of the chip (b) and the diffraction pattern of the ceramic sample from the monoclinic phase of ytterbium oxide.
Реализация заявляемого способа иллюстрируется следующими примерами.The implementation of the proposed method is illustrated by the following examples.
Пример 1.Example 1
Из порошкового оксида иттербия весом 0,8 Г в металлической пресс-форме при давлении 0,2 ГПа получали образец диаметром 3,0 мм и высотой 3,0 мм. Сформованный образец отжигали в печи сопротивления при температуре 500°C в течение 2 часов, после чего его помещали в ячейку камеры высокого давления (Фиг.1), в которой в качестве материала, передающего давление и заполняющего свободное пространство между образцом и внутренними поверхностями нагревателя и шайб, использовали смесь порошков гексагонального нитрида бора и хлорида натрия в объемной пропорции 1:1, и подвергали термобарической обработке в камере высокого давления типа «тороид» при давлении 3,0 ГПа и температуре 650°C с выдержкой при этой температуре в течение 100 секунд. Скорость разогрева 10°C/сек, скорость охлаждения 100°C/сек. После охлаждения до комнатной температуры давление снижали до атмосферного и образец извлекали из ячейки. Плотность таблетки оксида иттербия после термобарической обработки составила 8.9 г/см3, фазовый состав: кубическая фаза - 100%, образец светлый полупрозрачный, размер кристаллитов - 1-3 мкм.From a powder of ytterbium oxide weighing 0.8 G in a metal mold at a pressure of 0.2 GPa, a sample was obtained with a diameter of 3.0 mm and a height of 3.0 mm. The formed sample was annealed in a resistance furnace at a temperature of 500 ° C for 2 hours, after which it was placed in a cell of a high pressure chamber (Fig. 1), in which, as a pressure transmitting material, it fills the free space between the sample and the internal surfaces of the heater and washers, used a mixture of powders of hexagonal boron nitride and sodium chloride in a volume ratio of 1: 1, and was subjected to thermobaric treatment in a high-pressure chamber of the toroid type at a pressure of 3.0 GPa and a temperature of 650 ° C with exposure at this temperature for 100 seconds. The heating rate is 10 ° C / s, the cooling rate is 100 ° C / s. After cooling to room temperature, the pressure was reduced to atmospheric and the sample was removed from the cell. The density of the ytterbium oxide tablet after thermobaric treatment was 8.9 g / cm 3 , phase composition: cubic phase - 100%, the sample was light translucent, the crystallite size was 1-3 microns.
Пример 2.Example 2
Из порошкового оксида иттербия весом 0,02 Г в металлической пресс-форме при давлении 0,5 ГПа получали цилиндрический образец диаметром 1,0 мм и высотой 2,0 мм. Сформованный образец отжигали в печи сопротивления при температуре 400°C в течение 2 часов, после чего его помещали в ячейку камеры высокого давления (Фиг.1), в которой в качестве материала, передающего давление и заполняющего свободное пространство между образцом и внутренними поверхностями нагревателя и шайб, использовали порошок гексагонального нитрида бора, и подвергали термобарической обработке в камере высокого давления типа «тороид» при давлении 4,0 ГПа и температуре 1100°C с выдержкой при этой температуре в течение 60 секунд. Скорость разогрева 50°C/сек, скорость охлаждения 100°C/сек. После охлаждения до комнатной температуры давление снижали до атмосферного и образец извлекали из ячейки. Плотность таблетки после термобарической обработки - 9,1 г/см3, фазовый состав: кубическая фаза 100%, образец светлый, размер кристаллитов до 20 мкм. (Фиг.2).From a ytterbium oxide powder weighing 0.02 G in a metal mold at a pressure of 0.5 GPa, a cylindrical sample with a diameter of 1.0 mm and a height of 2.0 mm was obtained. The formed sample was annealed in a resistance furnace at a temperature of 400 ° C for 2 hours, after which it was placed in a cell of a high pressure chamber (Fig. 1), in which, as a pressure transmitting material, it fills the free space between the sample and the internal surfaces of the heater and washers, hexagonal boron nitride powder was used, and subjected to thermobaric treatment in a toroid type high-pressure chamber at a pressure of 4.0 GPa and a temperature of 1100 ° C with holding at this temperature for 60 seconds. The heating rate is 50 ° C / s, the cooling rate is 100 ° C / s. After cooling to room temperature, the pressure was reduced to atmospheric and the sample was removed from the cell. The density of the tablets after thermobaric treatment is 9.1 g / cm 3 , phase composition: cubic phase 100%, light sample, crystallite size up to 20 microns. (Figure 2).
Пример 3.Example 3
Из порошкового оксида иттербия весом 0,015 Г в металлической пресс-форме при давлении 0,3 ГПа получали образец диаметром 1,0 мм и высотой 2,0 мм. Сформованный образец отжигали в печи сопротивления при температуре 550°C в течение 1 часа, после чего его помещали в ячейку камеры высокого давления (Фиг.1), в которой в качестве материала, передающего давление и заполняющего свободное пространство между образцом и внутренними поверхностями нагревателя и шайб, использовали порошок гексагонального нитрида бора, и подвергали термобарической обработке в камере высокого давления типа «тороид» при давлении 8,0 ГПа и температуре 1500°C с выдержкой при этой температуре в течение 5 секунд. Скорость разогрева 20°C/сек, скорость охлаждения 100°C/сек. После охлаждения до комнатной температуры давление снижали до атмосферного и образец извлекали из ячейки. Плотность таблетки после термобарической обработки - 9,4 г/см3, фазовый состав: моноклинная фаза 60%, кубическая фаза - 40%, цвет образца серый, размер кристаллитов до 5 мкм.From a powder of ytterbium oxide weighing 0.015 G in a metal mold at a pressure of 0.3 GPa, a sample with a diameter of 1.0 mm and a height of 2.0 mm was obtained. The formed sample was annealed in a resistance furnace at a temperature of 550 ° C for 1 hour, after which it was placed in a cell of a high pressure chamber (Fig. 1), in which, as a pressure transmitting material, it fills the free space between the sample and the internal surfaces of the heater and washers, hexagonal boron nitride powder was used, and subjected to thermobaric treatment in a toroid type high-pressure chamber at a pressure of 8.0 GPa and a temperature of 1500 ° C with holding at this temperature for 5 seconds. The heating rate is 20 ° C / s, the cooling rate is 100 ° C / s. After cooling to room temperature, the pressure was reduced to atmospheric and the sample was removed from the cell. The density of the tablet after thermobaric treatment is 9.4 g / cm 3 , phase composition: monoclinic phase 60%,
Пример 4.Example 4
Из порошкового оксида иттербия весом 0,07 Г в металлической пресс-форме при давлении 0,15 ГПа получали образец диаметром 3,0 мм и высотой 3,0 мм. Сформованный образец отжигали в печи сопротивления при температуре 450°C в течение 2 часов, после чего его помещали в ячейку камеры высокого давления (Фиг.1), в которой в качестве материала, передающего давление и заполняющего свободное пространство между образцом и внутренними поверхностями нагревателя и шайб, использовали порошок гексагонального нитрида бора и подвергали термобарической обработке в камере высокого давления типа «тороид» при давлении 5,0 ГПа и температуре 1300°C с выдержкой при этой температуре в течение 5 секунд. Скорость разогрева 50°C/сек, скорость охлаждения 100°C/сек. После охлаждения до комнатной температуры давление снижали до атмосферного и образец извлекали из ячейки. Плотность таблетки оксида иттербия после термобарической обработки составила 9,9 г/см3, фазовый состав: моноклинная фаза - 100%, цвет образца темно-серый, размер кристаллитов - 0,3-1,0 мкм.From a powder of ytterbium oxide weighing 0.07 G in a metal mold at a pressure of 0.15 GPa, a sample with a diameter of 3.0 mm and a height of 3.0 mm was obtained. The formed sample was annealed in a resistance furnace at a temperature of 450 ° C for 2 hours, after which it was placed in a cell of a high pressure chamber (Fig. 1), in which, as a pressure transmitting material, it fills the free space between the sample and the internal surfaces of the heater and washers, hexagonal boron nitride powder was used and subjected to thermobaric treatment in a toroid type high-pressure chamber at a pressure of 5.0 GPa and a temperature of 1300 ° C with holding at this temperature for 5 seconds. The heating rate is 50 ° C / s, the cooling rate is 100 ° C / s. After cooling to room temperature, the pressure was reduced to atmospheric and the sample was removed from the cell. The density of the ytterbium oxide tablet after thermobaric treatment was 9.9 g / cm 3 , phase composition: monoclinic phase - 100%, the color of the sample is dark gray, the crystallite size is 0.3-1.0 μm.
Пример 5.Example 5
Из порошкового оксида иттербия весом 0,017 Г в металлической пресс-форме при давлении 0,4 ГПа получали цилиндрический образец диаметром 1,0 мм и высотой 2,0 мм. Сформованный образец отжигали в печи сопротивления при температуре 500°C в течение 1 часа, после чего его помещали в ячейку камеры высокого давления (Фиг.1), в которой в качестве материала, передающего давление и заполняющего свободное пространство между образцом и внутренними поверхностями нагревателя и шайб, использовали смесь порошков гексагонального нитрида бора и хлорида натрия в объемной пропорции 1:1, и подвергали термобарической обработке в камере высокого давления типа «тороид» при давлении 8,0 ГПа и температуре 1000°C с выдержкой при этой температуре в течение 15 секунд. Скорость разогрева 100°C/сек, скорость охлаждения 100°C/сек. Плотность таблетки после термобарической обработки 10,0 г/см3, фазовый состав: моноклинная фаза 100%, цвет образца черный, размер кристаллитов 0.05-0.15 мкм (Фиг.3).From a ytterbium oxide powder weighing 0.017 G in a metal mold at a pressure of 0.4 GPa, a cylindrical sample with a diameter of 1.0 mm and a height of 2.0 mm was obtained. The formed sample was annealed in a resistance furnace at a temperature of 500 ° C for 1 hour, after which it was placed in a cell of a high pressure chamber (Fig. 1), in which, as a pressure transmitting material, it fills the free space between the sample and the inner surfaces of the heater and washers, used a mixture of powders of hexagonal boron nitride and sodium chloride in a volume ratio of 1: 1, and subjected to thermobaric treatment in a high-pressure chamber of the toroid type at a pressure of 8.0 GPa and a temperature of 1000 ° C with exposure at this temperature for 15 seconds. The heating rate is 100 ° C / s, the cooling rate is 100 ° C / s. The density of the tablets after thermobaric treatment is 10.0 g / cm 3 , phase composition: monoclinic phase 100%, the color of the sample is black, the crystallite size is 0.05-0.15 μm (Figure 3).
Технические результатыTechnical Results
В условиях высоких давлений и температур получены образцы высокоплотной керамики на основе оксида иттербия, имеющие рекордную плотность вплоть до 10 г/см3. В зависимости от использованных режимов термобарической обработки образцы состояли из кубической модификации или смеси кубической с моноклинной модификаций, или моноклинной модификации. Показана возможность изготовления предлагаемым способом тонких цилиндрических изделий диаметром менее 1 мм, которые могут быть использованы в качестве сердечников для высокодозовых радиационных источников в брахитерапии. Применение высокоплотных сердечников позволит значительно повысить их радиационную активность и уменьшить габариты источника, что принципиально важно при его введении пациенту через сосуды.Under conditions of high pressures and temperatures, samples of high-density ytterbium oxide-based ceramics having a record density of up to 10 g / cm 3 were obtained. Depending on the thermobaric treatment regimes used, the samples consisted of a cubic modification or a mixture of cubic with monoclinic modifications, or monoclinic modifications. The possibility of manufacturing the proposed method of thin cylindrical products with a diameter of less than 1 mm, which can be used as cores for high-dose radiation sources in brachytherapy, is shown. The use of high-density cores will significantly increase their radiation activity and reduce the size of the source, which is fundamentally important when it is introduced to the patient through blood vessels.
Предлагаемый способ позволяет наладить массовое производство из высокоплотной керамики оксида иттербия уникальных изделий, не имеющих мировых аналогов.The proposed method allows to establish mass production of high-density ceramics of ytterbium oxide unique products that do not have world analogues.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013115029/03A RU2527362C1 (en) | 2013-04-04 | 2013-04-04 | Method of producing ceramic from ytterbium oxide |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013115029/03A RU2527362C1 (en) | 2013-04-04 | 2013-04-04 | Method of producing ceramic from ytterbium oxide |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2527362C1 true RU2527362C1 (en) | 2014-08-27 |
Family
ID=51456476
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013115029/03A RU2527362C1 (en) | 2013-04-04 | 2013-04-04 | Method of producing ceramic from ytterbium oxide |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2527362C1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU560858A1 (en) * | 1975-06-10 | 1977-06-05 | Ордена Трудового Красного Знамени Институт Проблем Материаловедения Ан Украинской Сср | Corrosion resistant high temperature material |
| US7670982B2 (en) * | 2005-09-26 | 2010-03-02 | Toto Ltd. | Rare-earth oxide sintered body and manufacturing method |
| EP2360511A1 (en) * | 2010-01-25 | 2011-08-24 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Optical isolator based on a Faraday rotator consisting of ytterbium oxide |
-
2013
- 2013-04-04 RU RU2013115029/03A patent/RU2527362C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU560858A1 (en) * | 1975-06-10 | 1977-06-05 | Ордена Трудового Красного Знамени Институт Проблем Материаловедения Ан Украинской Сср | Corrosion resistant high temperature material |
| US7670982B2 (en) * | 2005-09-26 | 2010-03-02 | Toto Ltd. | Rare-earth oxide sintered body and manufacturing method |
| EP2360511A1 (en) * | 2010-01-25 | 2011-08-24 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Optical isolator based on a Faraday rotator consisting of ytterbium oxide |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| POWELL B.R., HUNTER O., MANNING W.R. "Elastic properties of polycrystalline ytterbium oxide", Journal of Ceramic Society, v.54, N 10, 1971, p.488-490. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101817683B (en) | Method for preparing MgAlON transparent ceramic in pressureless sintering way | |
| Papynov et al. | Spark Plasma Sintering as a high-tech approach in a new generation of synthesis of nanostructured functional ceramics | |
| CN105330289B (en) | A kind of gadolinium oxysulfide（Gd2O2S）Scintillating ceramic preparation method | |
| JPS6132274B2 (en) | ||
| Sekine et al. | High-temperature metastability of cubic spinel Si 3 N 4 | |
| CN110698201A (en) | Ceramic and preparation method thereof | |
| CN104470871A (en) | Ceo2-stabilized zro2 ceramics for dental applications | |
| Luo et al. | Microwave processing of titanium and titanium alloys for structural, biomedical and shape memory applications: Current status and challenges | |
| RU2527362C1 (en) | Method of producing ceramic from ytterbium oxide | |
| ES2713416T3 (en) | Method of preparation of irradiation targets for the production of radiosotopes and irradiation target | |
| JP2004525848A (en) | Method for producing scintillator ceramic and use of said scintillator ceramic | |
| JPS62260766A (en) | Alumina sintered body | |
| US3625773A (en) | Method of producing beta-alumina electrolytes | |
| CN111454056A (en) | High-permeability zirconia blank for high-speed sintering | |
| CA2973636C (en) | Irradiation target for radioisotope production, method for preparing and use of the irradiation target | |
| RU2682666C2 (en) | Method for manufacturing targets for irradiation, intended for obtaining radioactive isotopes, and targets for irradiation | |
| KR101290123B1 (en) | Manufacturing method of mayenite electride including chlorine | |
| CN107010950B (en) | Preparation method of novel spinel multiferroic oxide ceramic | |
| WO2019198384A1 (en) | Hexagonal 6h barium germanium oxide, method for producing same, sintered body, and target | |
| CN102351540B (en) | Preparation method of pressureless sintering for LiAlON transparent ceramics | |
| CN113264776B (en) | Compact europium tantalum oxynitride ceramic and preparation method thereof | |
| CN111410514A (en) | Optical temperature measuring material, preparation method thereof and non-contact temperature measuring material | |
| KR101189473B1 (en) | Manufacturing method of mayenite electride | |
| Han et al. | Dilatometric analysis of the sintering behavior of Bi2Te3 thermoelectric powders | |
| KR101338090B1 (en) | Full density yttria ceramic sintered by using for conventional sintering method with fused yttria as starting materials |