RU2539523C1 - Electrolytic method of obtaining nanosized cerium disilicide powder - Google Patents
Electrolytic method of obtaining nanosized cerium disilicide powder Download PDFInfo
- Publication number
- RU2539523C1 RU2539523C1 RU2013143705/02A RU2013143705A RU2539523C1 RU 2539523 C1 RU2539523 C1 RU 2539523C1 RU 2013143705/02 A RU2013143705/02 A RU 2013143705/02A RU 2013143705 A RU2013143705 A RU 2013143705A RU 2539523 C1 RU2539523 C1 RU 2539523C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cerium
- disilicide
- potassium
- sodium
- chloride
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к получению нанопорошков дисилицида церия и может быть использовано в получении функциональной керамики, обладающей рядом уникальных свойств, необходимых для изготовления токопроводящих и резистивных элементов интегральных схем.The invention relates to the production of cerium disilicide nanopowders and can be used to obtain functional ceramics with a number of unique properties necessary for the manufacture of conductive and resistive elements of integrated circuits.
Известен способ получения кристаллического силицида ниобия. Исходные порошки кремния 40-400 мкм и ниобия менее 63 мкм берут в соотношении 1,33-1,38:1 для получения однофазного продукта и 1,44-1,69:1 для получения многофазного продукта. Осуществляют механическую активацию в инертной среде в течение 0,5-2 минут. Отношение массы порошка к массе шаров равно 1:20. Полученный порошок прессуют и локально нагревают в атмосфере аргона, инициируя экзотермическую реакцию образования силицида ниобия в режиме самоподдерживающего горения. Техническим результатом является получение однофазного кристаллического силицида ниобия.A known method of producing crystalline niobium silicide. The initial silicon powders of 40-400 microns and niobium less than 63 microns are taken in the ratio of 1.33-1.38: 1 to obtain a single-phase product and 1.44-1.69: 1 to obtain a multiphase product. Carry out mechanical activation in an inert environment for 0.5-2 minutes. The ratio of the mass of the powder to the mass of the balls is 1:20. The resulting powder is pressed and locally heated in an argon atmosphere, initiating an exothermic reaction of the formation of niobium silicide in the mode of self-sustaining combustion. The technical result is to obtain a single-phase crystalline niobium silicide.
Известны способы получения силицидов редкоземельных металлов [Г.В. Самсонов Химия силицидов редкоземельных металлов. Успехи химии, 1982, Т.XXXI, Вып.12, стр.1478-1495]: а) непосредственное соединение редкоземельных металлов с кремнием [R. Vogel, Ztschr. anorg. Chem., 61, 46 (1909)]; б) восстановление оксидов редкоземельных металлов с кремнием [B.C. Нешпор, Г.В. Самсонов, ЖПХ, 33, 993 (1960)]; в) электролиз расплавленных сред, содержащих редкоземельные металлы и кремний [М. Dodero, C.r., 199, 566 (1934); Bull. Soc. Chim. France, 17, 545 (1950)].Known methods for producing silicides of rare earth metals [G.V. Samsonov Chemistry of rare-earth metal silicides. Advances in Chemistry, 1982, T.XXXI, Issue 12, p. 1478-1495]: a) direct connection of rare-earth metals with silicon [R. Vogel, Ztschr. anorg. Chem., 61, 46 (1909)]; b) reduction of rare earth metal oxides with silicon [B.C. Neshpor, G.V. Samsonov, ZhPKh, 33, 993 (1960)]; c) electrolysis of molten media containing rare earth metals and silicon [M. Dodero, C.r., 199, 566 (1934); Bull. Soc. Chim. France, 17, 545 (1950)].
Наиболее близким является высокотемпературный электрохимический синтез из расплавленных сред, содержащих редкоземельные металлы и кремний.The closest is the high-temperature electrochemical synthesis from molten media containing rare earth metals and silicon.
Недостатком вышеизложенного метода является высокая температура синтеза и загрязнение побочными продуктами, в частности силикатами, а также невозможность получения индивидуальной фазы дисилицида.The disadvantage of the above method is the high temperature of synthesis and contamination by-products, in particular silicates, as well as the inability to obtain an individual phase of disilicide.
Задачей настоящего изобретения является получение наноразмерного порошка дисилицида церия, повышение скорости синтеза целевого продукта из расплавленного электролита.The objective of the present invention is to obtain a nanosized powder of cerium disilicide, increasing the rate of synthesis of the target product from the molten electrolyte.
Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют совместное электровыделение церия и кремния из галогенидного расплава на катоде и последующее взаимодействие их на атомарном уровне с образованием наноразмерных порошков дисилицида церия. Процесс осуществляется в трехэлектродной кварцевой ячейке, где катодом служит вольфрамовый стержень; анодом и одновременно контейнером - стеклоуглеродный тигель; электродом сравнения - стеклоуглеродный стержень. Синтез дисилицида церия проводят посредством потенциостатического электролиза из эквимольного расплава KCl-NaCl, содержащего трихлорид церия и фторсиликат натрия в атмосфере очищенного и осушенного аргона. В качестве источника церия используют безводный трихлорид церия, в качестве источника кремния - фторсиликат натрия, в качестве растворителя - эквимольную смесь хлоридов калия и натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:The essence of the invention lies in the fact that they carry out the joint electrowinning of cerium and silicon from a halide melt at the cathode and their subsequent interaction at the atomic level with the formation of nanosized cerium disilicide powders. The process is carried out in a three-electrode quartz cell, where a tungsten rod serves as a cathode; anode and at the same time a container - a glassy carbon crucible; reference electrode - glassy carbon rod. The synthesis of cerium disilicide is carried out by potentiostatic electrolysis from an equimolar melt KCl-NaCl containing cerium trichloride and sodium fluorosilicate in an atmosphere of purified and dried argon. Anhydrous cerium trichloride is used as a cerium source, sodium fluorosilicate as a silicon source, and an equimolar mixture of potassium and sodium chlorides as a solvent in the following ratio of components, wt.%:
хлорид церия 1,0÷5,0;cerium chloride 1.0 ÷ 5.0;
фторсиликат натрия 1,0÷4,0;sodium fluorosilicate 1.0 ÷ 4.0;
остальное: эквимольная смесь хлоридов калия и натрия.the rest: an equimolar mixture of potassium and sodium chlorides.
Потенциостатический электролиз проводят на вольфрамовом катоде при потенциалах от -2,2 до -2,6 B относительно стеклоуглеродного электрода сравнения при температуре 700°C. Оптимальная продолжительность ведения процесса электролиза составляет 60÷90 мин. Полученную катодно-солевую грушу, состоящую из дисилицида церия, отмывают от фторида церия фторидом калия.Potentiostatic electrolysis is carried out on a tungsten cathode at potentials from -2.2 to -2.6 V relative to the glassy carbon reference electrode at a temperature of 700 ° C. The optimal duration of the electrolysis process is 60 ÷ 90 minutes The resulting cathode-salt pear, consisting of cerium disilicide, is washed from cerium fluoride with potassium fluoride.
Выбор компонентов электролитической ванны произведен на основании термодинамического анализа и кинетических измерений совместного электровыделения церия и кремния из галогенидных расплавов. Из соединений церия и кремния, не содержащих кислород, хлорид церия и фторсиликат натрия являются достаточно низкоплавкими и хорошо растворимыми в эквимольном расплаве KCl-NaCl. Растворитель (эквимольный расплав KCl-NaCl) выбран из следующих соображений: напряжение разложения расплавленной смеси KCl-NaCl больше такового для расплавов CeCl3 и Na2SiF6; хорошая растворимость в воде.The components of the electrolytic bath were selected on the basis of thermodynamic analysis and kinetic measurements of the combined electrowinning of cerium and silicon from halide melts. Of the oxygen-free cerium and silicon compounds, cerium chloride and sodium fluorosilicate are fairly low melting and highly soluble in the equimolar KCl-NaCl melt. The solvent (equimolar KCl-NaCl melt) is selected from the following considerations: the decomposition voltage of the molten KCl-NaCl mixture is greater than that for CeCl 3 and Na 2 SiF 6 melts; good solubility in water.
Фазовый состав идентифицирован методом рентгенофазового анализа на дифрактометре ДРОН-6, который показал наличие только фазы CeSi2. Изображения на фиг.1, 3, 5 соответствуют примерам 1, 2, 3.The phase composition was identified by X-ray diffraction analysis on a DRON-6 diffractometer, which showed the presence of only the CeSi 2 phase. The images in figures 1, 3, 5 correspond to examples 1, 2, 3.
Фиг.1 - Рентгенограмма порошка дисилицида церия CeSi2 (линия 1), полученного из расплава KCl-NaCl на вольфрамовом катоде при φ=-2,2 B.Figure 1 - X-ray powder powder of cerium disilicide CeSi 2 (line 1) obtained from a melt KCl-NaCl on a tungsten cathode at φ = -2.2 B.
Фиг.3 - Рентгенограмма порошка дисилицида церия CeSi2 (линия 1), полученного из расплава KCl-NaCl на вольфрамовом электроде при φ=-2,5 B.Figure 3 - X-ray powder powder of cerium disilicide CeSi 2 (line 1) obtained from a melt KCl-NaCl on a tungsten electrode at φ = -2.5 B.
Фиг.5 - Рентгенограмма порошка дисилицида церия CeSi2 (линия 1), полученного на вольфрамовом катоде при φ=-2,6 B.Figure 5 - X-ray powder powder of cerium disilicide CeSi 2 (line 1) obtained on a tungsten cathode at φ = -2.6 B.
Размер частиц определяли лазерным дифракционным анализатором Fritsch Analysette-22. Изображения на фиг.2, 4, 6 соответствуют примерам 1, 2, 3.Particle size was determined by a Fritsch Analysette-22 laser diffraction analyzer. The images in figures 2, 4, 6 correspond to examples 1, 2, 3.
Фиг.2 - Диаграмма распределения по размерам частиц, полученных при 700°C электрохимическим синтезом при i=0,2 A/см2.Figure 2 is a diagram of the size distribution of particles obtained at 700 ° C by electrochemical synthesis at i = 0.2 A / cm 2 .
Фиг.4 - Диаграмма распределения по размерам частиц, полученных при 700°C электрохимическим синтезом при i=0,2 A/см2.Figure 4 - Diagram of the size distribution of particles obtained at 700 ° C by electrochemical synthesis at i = 0.2 A / cm 2 .
Фиг.6 - Диаграмма распределения по размерам частиц, полученных при 700°C электрохимическим синтезом при i=0,2 A/см2.6 is a diagram of the size distribution of particles obtained at 700 ° C by electrochemical synthesis at i = 0.2 A / cm 2 .
Пример 1Example 1
В стеклоуглеродный тигель объемом 40 мл помещают солевую смесь массой 32,66 г, содержащую 1,53 г CeCl3 (4,70 мас.%); 1,13 г Na2SiF6 (3,46 мас.%); 16,8 г KCl (51,44 мас.%); 13,2 г NaCl (40,42 мас.%). Тигель с солевой смесью помещают в кварцевую ячейку и в атмосфере сухого аргона выдерживают до температуры расплавления системы. По достижении рабочей температуры 700°C в расплав опускают вольфрамовый катод, электролиз проводят при потенциале -2,2 B относительно стеклоуглеродного электрода сравнения (плотность тока 0,2 А/см2). Катодно-солевую грушу, состоящую из дисилицида церия, отмывают от фторида церия фторидом калия. Размер частиц полученного порошка дисилицида церия до 100 нм.A salt mixture weighing 32.66 g containing 1.53 g CeCl 3 (4.70 wt.%) Is placed in a 40 ml glass-carbon crucible; 1.13 g of Na 2 SiF 6 (3.46 wt.%); 16.8 g of KCl (51.44 wt.%); 13.2 g of NaCl (40.42 wt.%). The crucible with the salt mixture is placed in a quartz cell and kept in a dry argon atmosphere until the system melts. Upon reaching a working temperature of 700 ° C, a tungsten cathode is lowered into the melt, electrolysis is carried out at a potential of -2.2 V relative to the glassy carbon reference electrode (current density 0.2 A / cm 2 ). The cathode-salt pear, consisting of cerium disilicide, is washed from cerium fluoride with potassium fluoride. The particle size of the obtained cerium disilicide powder is up to 100 nm.
Пример 2Example 2
В стеклоуглеродный тигель объемом 40 мл помещают солевую смесь массой 34,09 г, содержащую 1,53 г CeCl3 (4,49 мас.%); 2,56 г Na2SiF6 (7,51 мас.%); 16,8 г KCl (49,30 мас.%); 13,2 г NaCl (38,72 мас.%). Тигель с солевой смесью помещают в кварцевую ячейку и в атмосфере сухого аргона выдерживают до температуры расплавления системы. По достижении рабочей температуры 700°C в расплав опускают вольфрамовый катод, электролиз проводят при потенциале -2,5 B относительно стеклоуглеродного электрода сравнения (плотность тока 0,2 А/см2). Катодно-солевую грушу, состоящую из дисилицида церия, отмывают от фторида церия фторидом калия. Размер частиц полученного порошка дисилицида церия до 100 нм.In a 40 ml glassy carbon crucible, a salt mixture weighing 34.09 g containing 1.53 g CeCl 3 (4.49 wt%) is placed; 2.56 g of Na 2 SiF 6 (7.51 wt.%); 16.8 g of KCl (49.30 wt.%); 13.2 g of NaCl (38.72 wt.%). The crucible with the salt mixture is placed in a quartz cell and kept in a dry argon atmosphere until the system melts. Upon reaching a working temperature of 700 ° C, a tungsten cathode is lowered into the melt, electrolysis is carried out at a potential of -2.5 V relative to the glassy carbon reference electrode (current density 0.2 A / cm 2 ). The cathode-salt pear, consisting of cerium disilicide, is washed from cerium fluoride with potassium fluoride. The particle size of the obtained cerium disilicide powder is up to 100 nm.
Пример 3Example 3
В стеклоуглеродный тигель объемом 40 мл помещают солевую смесь массой 42,83 г, содержащую 1,53 г CeCl3 (3,60 мас.%); 11,30 г Na2SiF6 (7,72 мас.%); 16,8 г KCl (49,79 мас.%); 13,2 г NaCl (26,39 мас.%). Тигель с солевой смесью помещают в кварцевую ячейку и в атмосфере сухого аргона выдерживают до температуры расплавления системы. По достижении рабочей температуры 700°C в расплав опускают вольфрамовый катод, электролиз проводят при потенциале -2,6 B относительно стеклоуглеродного электрода сравнения (плотность тока 0,2 А/см2). Катодно-солевую грушу, состоящую из дисилицида церия, отмывают от фторида церия фторидом калия. Размер частиц полученного порошка дисилицида церия до 100 нм.A salt mixture weighing 42.83 g containing 1.53 g CeCl 3 (3.60 wt.%) Is placed in a 40 ml glass-carbon crucible; 11.30 g of Na 2 SiF 6 (7.72 wt.%); 16.8 g of KCl (49.79 wt.%); 13.2 g of NaCl (26.39 wt.%). The crucible with the salt mixture is placed in a quartz cell and kept in a dry argon atmosphere until the system melts. Upon reaching a working temperature of 700 ° C, a tungsten cathode is lowered into the melt, electrolysis is carried out at a potential of -2.6 V relative to the glassy carbon reference electrode (current density 0.2 A / cm 2 ). The cathode-salt pear, consisting of cerium disilicide, is washed from cerium fluoride with potassium fluoride. The particle size of the obtained cerium disilicide powder is up to 100 nm.
Техническим результатом является:The technical result is:
- получение наноразмерных частиц дисилицида церия;- obtaining nanosized particles of cerium disilicide;
- получение целевого продукта в чистом виде за счет хорошей растворимости эквимольного расплава хлорида калия и хлорида натрия в воде, растворимости образующегося фторида церия фторидом калия.- obtaining the target product in pure form due to the good solubility of the equimolar melt of potassium chloride and sodium chloride in water, the solubility of the resulting cerium fluoride with potassium fluoride.
Claims (1)
хлорид церия 1,0÷5,0;
фторсиликат натрия 1,0÷4,0;
остальное: эквимольная смесь хлоридов калия и натрия,
процесс ведут при температуре 700°С, плотности тока 0,2 А/см2 и потенциалах электролиза относительно стеклоуглеродного электрода сравнения от -2,2 до -2,6 B. The method of electrolytic production of nanosized cerium disilicide powder, including the synthesis of cerium disilicide from molten media in an atmosphere of purified and dried argon, characterized in that the synthesis is carried out from a halide melt, anhydrous cerium chloride is used as a source of cerium, sodium fluorosilicate is used as a source of silicon, and as a solvent, an equimolar mixture of potassium and sodium chlorides in the following ratio of components, wt.%:
cerium chloride 1.0 ÷ 5.0;
sodium fluorosilicate 1.0 ÷ 4.0;
the rest: an equimolar mixture of potassium and sodium chlorides,
the process is carried out at a temperature of 700 ° C, a current density of 0.2 A / cm 2 and electrolysis potentials relative to the glassy carbon reference electrode from -2.2 to -2.6 B.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013143705/02A RU2539523C1 (en) | 2013-09-27 | 2013-09-27 | Electrolytic method of obtaining nanosized cerium disilicide powder |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013143705/02A RU2539523C1 (en) | 2013-09-27 | 2013-09-27 | Electrolytic method of obtaining nanosized cerium disilicide powder |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2539523C1 true RU2539523C1 (en) | 2015-01-20 |
Family
ID=53288563
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013143705/02A RU2539523C1 (en) | 2013-09-27 | 2013-09-27 | Electrolytic method of obtaining nanosized cerium disilicide powder |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2539523C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2718022C1 (en) * | 2018-12-10 | 2020-03-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук (ИМЕТ УрО РАН) | Method of electrochemical production of nano-sized powder of metal silicide |
RU2778989C1 (en) * | 2022-03-23 | 2022-08-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук (ИВТЭ УрО РАН) | Electrolytic method for obtaining nanoscale silicon from iodide-fluoride melt |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1740112A2 (en) * | 1989-07-09 | 1992-06-15 | Государственный научно-исследовательский и проектный институт металлургической промышленности "Гипросталь" | Method for production of dispersed ferrosilicium powder |
US20110303548A1 (en) * | 2008-10-15 | 2011-12-15 | H2 Solar Gmbh | Silicides for Photoelectrochemical Water Splitting and/or the Production of Electricity |
-
2013
- 2013-09-27 RU RU2013143705/02A patent/RU2539523C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1740112A2 (en) * | 1989-07-09 | 1992-06-15 | Государственный научно-исследовательский и проектный институт металлургической промышленности "Гипросталь" | Method for production of dispersed ferrosilicium powder |
US20110303548A1 (en) * | 2008-10-15 | 2011-12-15 | H2 Solar Gmbh | Silicides for Photoelectrochemical Water Splitting and/or the Production of Electricity |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
DODERO M., Detail on the preparation of rare earth metal silicides by fused electrolysis, Bull.Soc.Chim, France, 1950, N17, с.545. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2718022C1 (en) * | 2018-12-10 | 2020-03-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук (ИМЕТ УрО РАН) | Method of electrochemical production of nano-sized powder of metal silicide |
RU2778989C1 (en) * | 2022-03-23 | 2022-08-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук (ИВТЭ УрО РАН) | Electrolytic method for obtaining nanoscale silicon from iodide-fluoride melt |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Suzdaltsev et al. | Synthesis of aluminum master alloys in oxide-fluoride melts: A review | |
Haarberg et al. | Electrodeposition of iron from molten mixed chloride/fluoride electrolytes | |
RU2539523C1 (en) | Electrolytic method of obtaining nanosized cerium disilicide powder | |
CN107868964A (en) | The preparation method of alloy powder | |
RU2629184C2 (en) | Electrolytic method of obtaining nanosized lanthanum silicide powders | |
RU2722753C1 (en) | Electrochemical method of producing microdisperse powders of metal hexaborides of lanthanide group | |
RU2477340C2 (en) | Electrolytic method for obtaining ultradisperse powder of lanthanum hexaboride | |
RU2389684C2 (en) | Electrolytic method of obtaining nanosized powder of neodymium hexoboride | |
Chen et al. | Synthesis of Al–Zr master alloy in KF–AlF3–ZrO2 melts by aluminothermic reduction–molten salt electrolysis | |
RU2540277C1 (en) | Electrolytic method of obtaining nanosized cerium hexaboride powder | |
RU2692759C1 (en) | Lead-carbon metal composite material for electrodes of lead-acid batteries and a method for synthesis thereof | |
Bosenko et al. | Electrochemical reduction of tungsten (VI) oxide from a eutectic melt CaCl2–NaCl under potentiostatic conditions | |
US2892763A (en) | Production of pure elemental silicon | |
Guan et al. | Study on the mechanism of Al-Si alloy preparation via aluminothermic reduction–molten salt electrolysis in KF–AlF3 molten salt | |
RU2466090C1 (en) | Electrolytic method of producing ultrafine cerium hexaboride powder | |
Malyshev et al. | High temperature electrochemical synthesis of molybdenum, tungsten and chromium borides from halide-oxide melts | |
US2798844A (en) | Electrolyte for titanium production | |
JPH0688280A (en) | Electrolytic method for producing alloy of rare earth and other metal | |
RU2510630C1 (en) | Electrolytic method for obtaining ultrafine powder of dysprosium hexaboride | |
RU2284248C1 (en) | Valve metal powder production method | |
JP3214836B2 (en) | Manufacturing method of high purity silicon and high purity titanium | |
Kushkhov et al. | Electrosynthesis of Gadolinium Borides in CsCl–KCl–NaCl Melt at 823K | |
RU2661481C2 (en) | Electrolytic method for obtaining nanosized powders of lanthanum intermetallides with cobalt | |
Karelin et al. | Application of the electrolysis for the purposes of receiving titanium-based powders from fluoride fusions | |
RU2466217C1 (en) | Electrolytic method of obtaining ultrafine powder of gadolinium hexaboride |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160928 |