RU2669677C1 - Способ получения силиката висмута Bi12SiO20 методом литья - Google Patents
Способ получения силиката висмута Bi12SiO20 методом литья Download PDFInfo
- Publication number
- RU2669677C1 RU2669677C1 RU2018110216A RU2018110216A RU2669677C1 RU 2669677 C1 RU2669677 C1 RU 2669677C1 RU 2018110216 A RU2018110216 A RU 2018110216A RU 2018110216 A RU2018110216 A RU 2018110216A RU 2669677 C1 RU2669677 C1 RU 2669677C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sio
- synthesis
- casting
- heating
- platinum
- Prior art date
Links
- 238000005266 casting Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 12
- DQUIAMCJEJUUJC-UHFFFAOYSA-N dibismuth;dioxido(oxo)silane Chemical compound [Bi+3].[Bi+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O DQUIAMCJEJUUJC-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 43
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 38
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 229910015902 Bi 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 22
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 21
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 239000012535 impurity Substances 0.000 abstract description 5
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- WMWLMWRWZQELOS-UHFFFAOYSA-N bismuth(iii) oxide Chemical compound O=[Bi]O[Bi]=O WMWLMWRWZQELOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 abstract 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 28
- 239000000463 material Substances 0.000 description 26
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 22
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 11
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 11
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 10
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 6
- 229910000416 bismuth oxide Inorganic materials 0.000 description 5
- TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N dibismuth;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Bi+3].[Bi+3] TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 238000009862 microstructural analysis Methods 0.000 description 4
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 3
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 description 3
- 239000012429 reaction media Substances 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 3
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 3
- WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M Lithium hydroxide Chemical compound [Li+].[OH-] WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000005551 mechanical alloying Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 2
- 238000010532 solid phase synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 description 2
- 101710134784 Agnoprotein Proteins 0.000 description 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JIBLGKATRGJBSB-UHFFFAOYSA-N bismuth oxygen(2-) titanium(4+) Chemical compound [Bi+3].[O-2].[Ti+4] JIBLGKATRGJBSB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002115 bismuth titanate Inorganic materials 0.000 description 1
- JSILWGOAJSWOGY-UHFFFAOYSA-N bismuth;oxosilicon Chemical compound [Bi].[Si]=O JSILWGOAJSWOGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001364 causal effect Effects 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000048 melt cooling Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M potassium chloride Inorganic materials [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- -1 salt anions Chemical class 0.000 description 1
- 239000011833 salt mixture Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000012265 solid product Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000003828 vacuum filtration Methods 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G29/00—Compounds of bismuth
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области химии и может быть использовано в области пьезо- и оптоэлектроники. Способ получения силиката висмута BiSiОметодом литья включает предварительное механическое смешивание исходных компонентов ВiОи SiOи нагрев полученной смеси в платиновом тигле до заданной температуры. При этом нагрев осуществляют в интервале 900-1200°С с выдержкой в данном интервале не менее 15 минут, после чего полученный расплав льют на платиновую подложку. Техническим результатом является получение силиката висмута с формулой BiSiOбез загрязнений и посторонних примесей и сокращение времени синтеза. 5 ил., 1 пр.
Description
Способ относится к области химии и может быть использован в области пьезо- и оптоэлектроники.
Известен способ получения фазы Bi12SiO20 [Senlin Fu, Hiroyuki Ozoe. Solidification characteristics of metastable δ-Bi12SiO20 and stable γ-Bi12SiO20. // J. Phys. D: Appl. Phys. 29 (1996) 2032-2043]. В нем оксид висмута Bi2O3 (чистота 99,99%, моноклинная структура) и оксид кремния SiO2 (чистота 99,99%, гексагональная структура) тщательно перемешивали в стехиометрическом соотношении 6:1, а затем смешивали с, примерно, 5 мас. % деионизированной воды при комнатной температуре. После чего, полученную массу прессовали в цилиндрический стержень диаметром 6,5 мм и длиной 68 мм. Далее стержень сушили в течение одного дня при комнатной температуре 500°С в течении 8 часов. После этого, полученный материал плавился и, в зависимости от того, какую из модификаций хотели получить авторы (δ или γ), быстро охлаждался от температуры выше 950°С (δ-модификация), либо от температуры ниже 953,5°С, со скоростью вблизи температуры затвердевания менее 30°С/сек (γ-модификация).
Однако, при использовании данного способа не достигается:
1. быстрое получение искомой фазы, т.к. указанный способ является не только более трудоемким, в виду большего количества операций для получения нужной фазы, но еще и более длительным по времени;
2. использование в аналоге дополнительного оборудования для прессования, усложняет и удорожает процесс получения соединения Bi12SiO20.
Авторами работы [Senlin Fu, Hiroyuki Ozoe. Reaction Pathways in the Synthesis of Photorefractive g-Bi12MO20 (M=Si, Ge, or Ti). // J. Am. Ceram. Soc., 80 [10] 2501-509 (1997)] был предложен еще один способ синтеза. В нем оксид висмута Bi2O3 (чистота 99,99%, моноклинная структура) и оксид кремния SiO2 (чистота 99,99%, гексагональная структура) тщательно перемешивали в стехиометрическом соотношении 6:1, а затем смешивали с, примерно, 5 мас. % деионизированной воды при комнатной температуре. После чего, полученную массу прессовали в цилиндрический стержень диаметром 6,5 мм и длиной 68 мм. Далее стержень сушили в течение одного дня при комнатной температуре и спекали при температуре 865,5°С (время реакции не указано). Однако, при использовании данного способа не достигается:
1. быстрое получение искомой фазы, т.к. указанный способ является не только более трудоемким, в виду большего количества операций для получения нужной фазы, но еще и более длительным по времени;
2. использование в аналоге дополнительного оборудования для прессования, усложняет и удорожает процесс получения соединения Bi12SiO20.
В следующих работах [I.F. Vasconcelos, М.А. Pimenta, A.S.B. Sombra. Optical properties of Bi12SiO20 (BSO) and Bi12TiO20 (ВТО) obtained by mechanical alloying. // Journal of materials science 36 (2001) 587-592] и [I.F. Vasconcelos, R.S. De Figueiredo, A.S.B. Sombra. Bismuth silicon oxide (Bi12SiO20-BSO) and bismuth titanium oxide (Bi12TiO20-BTO) obtained by mechanical alloying. // Journal of materials science 18 (1999) 1871-1874] авторы предложили способ механического перемешивания, для получения чистого соединения Bi12SiO20. Для этого оксид висмута Bi2O3 и оксид кремния SiO2 в пропорции 6:1 измельчали в планетарной мельнице. Измельчение проводили в герметичных сосудах из нержавеющей стали шариками со скоростью вращения 350 об./мин. Чтобы избежать чрезмерного нагрева, смешивание проводили тридцатиминутными стадиями с 10-минутными паузами между ними. Длительность смешивания составляло 7 часов.
Однако, при использовании данного способа не достигается:
1. быстрое получение искомой фазы, т.к. указанный способ является более трудоемким, в виду большего количества времени, затрачиваемого на синтез;
2. использование при синтезе размалывающих приспособлений, существенно повышает риск загрязнения готового продукта не только мелющими компонентами (шарики), и материалом сосуда, в котором происходит само перетирание.
Еще один способ синтеза Bi12SiO20 был предложен в работе [Jun-que Lu, Xiu-feng Wang, Hongtao Jiang. Synthesis of Pure Bi12SiO20 Powder by Molten Salt Method. // Applied Mechanics and Materials Vols. 182-183 (2012) pp 52-56]. В качестве сырья использовались Bi2O3, SiO2, KCl и K2CO3 аналитической чистоты. Соотношение Bi2O3/SiO2 варьировалось от 6:1 до 1:5. KCl и K2CO3 (в качестве флюса), в эвтектическом молярном соотношении 0,624-0,376, использовали в качестве реакционного потока (точка плавления - 631°С). Полученную суспензию измельчали в шаровой мельнице в течение 5 часов с этанолом. После перемешивания суспензию сушили в течение ночи при 80°С для удаления этанола. После полученные смеси нагревали в тигле из оксида алюминия до температуры 635-700°С со скоростью нагрева 5°С/мин-1 с последующим воздушным охлаждением. Время реакции варьировалось от 30 до 100 минут. Полученные солевые смеси промывали теплой деионизированной водой до тех пор, пока аликвота не освободилась от солевых анионов, как было проверено раствором AgNO3, а затем была высушена при 80°С в течение ночи. Однако, при использовании данного способа не достигается:
1. быстрое получение искомой фазы, т.к. указанный способ является более трудоемким, в виду большего количества времени, затрачиваемого на синтез;
2. использование при синтезе размалывающих приспособлений, существенно повышает риск загрязнения готового продукта не только мелющими компонентами (шарики), и материалом сосуда, в котором происходит само перетирание.
3. использование же при синтезе дополнительных компонентов реакции (флюс и др.), повышает риск их остатка в готовом материале, что негативным образом может сказаться на его чистоте и свойствах;
4. частое перемещение синтезируемого материала создают дополнительный риск загрязнения конечного продукта.
5. использование специального оборудования (автоматическая мельница) не только усложняет, но еще и удорожает производство;
6. использование алундовых тиглей недопустимо, так как Bi2O3 чрезвычайно химически активное соединение в жидком состоянии и очень быстро взаимодействует практически со всеми известными материалами, кроме чистой платины. Использование тиглей из Al2O3 может привести не только к большому загрязнению получаемого материала оксидом алюминия, но и к порче оборудования, если масса оксида висмута будет большой и тигель растворится насквозь;
Авторы работы [H.S. Horowitz, A.J. Jacobson, J.M. Newsam, J.T. Lewandowski, M.E. Leonowicz. Solution synthesis and characterization of sillenite phases Bi24M2040 (M=Si, Ge, V, As, P). // Solid State lonics 32/33 (1989) 678-690] предложили способ синтеза искомого соединения из низкотемпературного водного раствора. Для этого в качестве исходных реагентов брали: Bi(NO3)3⋅H2O, Na2O⋅xSiO2 (soln). Их водный раствор добавляли к щелочной реакции (щелочная реакционная среда: LiOH, NaOH, KOH или CSOH) перед добавлением раствора кислоты, который содержал остальную часть реагентов. После добавления реагентов в щелочную реакционную среду, рН этой суспензии доводили до определенного значения (не указано). Реакционную среду затем нагревали до нужной температуры (не указано) и перемешивали в течение определенного времени (от нескольких минут до одной недели). Твердые продукты выделяли вакуумной фильтрацией и после нескольких промывок горячей водой давали высохнуть при 100°С на воздухе в течение приблизительно 12 часов.
В данном способе отсутствует большинство подробных и точных описаний технологии синтеза, однако, даже на основании тех данных, что все-таки указаны в этой работе, можно сделать выводы о том, что при использовании данного способа не достигается:
1. быстрое получение искомой фазы, т.к. указанный способ является не только более трудоемким, в виду большего количества операций для получения нужной фазы, но еще и более длительным по времени;
2. использование в аналоге дополнительного оборудования, усложняет и удорожает процесс получения соединения Bi12SiO20;
3. использование же при синтезе дополнительных компонентов реакции, повышает риск их остатка в готовом материале, что негативным образом может сказаться на его чистоте и свойствах;
Известны аналоги, где упоминается твердофазный синтез. Однако данные работы несут больше научный характер, занимающийся изучением процессов, происходящих в материале при твердофазных и др. реакциях, а не прикладной, и либо не предлагают конкретного способа синтеза вообще, либо он является хуже предложенного нами, как и в случае с остальными аналогами:
1. G.S. Suleimenova, V.М. Skorikov. Studies on the process of Bi12MO20 (M=Ti, Ge, Si) formation from oxides. // Journal of Thermal Analysis, Vol. 38 (1992) 835-841.
2. Sam Chehab, Pierre Conflant, Michel Drache, Jean-Claude Boivin, George McDonald. Solid-state reaction pathways of Sillenite-phase formation studied by high-temperature X-ray diffractometry and differential thermal analysis. // Materials Research Bulletin 38 (2003) 875-897.
Общий вывод по аналогам: указанные аналоги в большинстве своем требуют большого количества технологических операций с использованием дополнительных реагентов и оборудования, а также весьма длительны по времени. Это влечет за собой большие затраты, сильно усложняет и удорожает получение искомой фазы Bi12SiO20, а также существенно повышает риск загрязнения получаемого материала.
Наиболее близким к заявляемому способу, является прототип, описание которого приведено в работе [Matjaz Valant, Danilo Suvorov. Processing and Dielectric Properties of Sillenite Compounds Bi12MO20-δ (M=Si, Ge, Ti, Pb, Mn, B1/2P1/2). // J. Am. Ceram. Soc., 84 [12] 2900-904 (2001)] (№1 в фиг. 6), где исходные смеси высушенных оксидов гомогенизировали и выдерживали при 650-800°С в течение 20-50 часов с промежуточной стадией измельчения, для образования однофазного соединения.
Однако, при использовании данного способа не достигается:
1. быстрое получение искомой фазы, в виду большего количества операций синтеза (включая дополнительное/-ые промежуточное перетирание), а также их огромной длительности по времени;
Для достижения поставленной задачи, заявляемый «Способ получения силиката висмута Bi12SiO20 методом литья» содержит следующую совокупность существенных признаков, сходных с прототипом:
1. необходимость нагрева исходных компонентов;
2. использование одинаковых начальных реагентов (чистых оксидов висмута и кремния).
По отношению к заявляемому способу указанный прототип имеет следующие отличительные признаки и недостатки:
1. большая длительность времени синтеза существенно удорожает производство готового продукта в виду огромных временных затрат;
2. промежуточная (а скорее всего, промежуточные, т.к. при твердофазном синтезе, для более быстрого взаимодействия исходных реагентов и подвода непрореагировавших веществ друг к другу, требуется несколько перемешиваний) стадия перетирания также усложняет процесс синтеза и удлиняет его по времени.
Между отличительными признаками и решаемой задачей существует следующая причинно-следственная связь:
1. использование более высоких температур нагрева в заявляемом способе, помогает в разы сократить время, требуемое на синтез и, соответственно, существенно снижает затраты на производство готового продукта. Использование метода литья, еще больше ускоряет процесс синтеза соединения Bi12SiO20, т.к. времени на охлаждение при этом тратится значительно меньше, чем, если бы материал остывал в тигле;
2. при плавлении исходных реагентов промежуточные стадии длительного перетирания исходных реагентов между собой теряют смысл, что опять же способствует ускорению процесса синтеза;
3. главным же достоинством, предложенного нами способа - является возможность получать готовый материал с помощью литья, что до этого считалось невозможным. Это в разы повышает долговечность тиглей, т.к. не требуется их деформировать для извлечения полученного продукта, после сплавления. Таким образом, сочетание двух технологических приемов (сплавление исходных компонентов и литье) максимально ускоряет и упрощает весь процесс производства соединения Bi12SiO20.
Выбор граничных параметров температуры начала охлаждения расплава (900°С-1200°С) обусловлен высокотемпературными областями расплава, каждая из которых имеет свое, особенное строение. Известно, что на фазовой диаграмме системы Bi2O3 - SiO2 область расплава может быть разделена на 3 температурные зоны А, В и С (фиг. 1) [Каргин В.П. Жереб В.П., Скориков В.М. Стабильное и метастабильное равновесия в системе Bi2O3-SiO2 // Журнал неорганической химии. 1991. Т. 36. №10. С. 2611-2616]. Зона «С» обладает целым рядом неоспоримых преимуществ: низкая вязкость, высокая подвижность атомов, тонкие особенности строения расплава. Все эти факторы обеспечивают максимально быстрое взаимодействие реагентов между собой и предоставляют идеальные условия для литья. Следует также отметить, что литье из В и А-зоны с получением соединения Bi12SiO20 также возможно, однако в виду того, что в этих зонах расплав имеет более высокую вязкость и другое строение, то процесс литья будет идти немного хуже и большая часть материала может банально кристаллизоваться прямо в тигле. Поэтому рекомендуемой зоной является все же зона «С». Диапазон же температур, приведенный в формуле изобретения, указывает на рекомендуемый интервал температур, из которого можно осуществлять процесс литья данного соединения (Bi12SiO20). Нагрев же свыше 1200, для получения Bi12SiO20, возможен, но нецелесообразен, т.к. это влечет дополнительные энергетические и экономические затраты, а также способствует более интенсивному износу материала тигля.
Выбор граничных параметров выдержки при заданном интервале температур (не менее 15 минут), должен обеспечивать полное взаимное растворение исходных компонентов друг в друге, а также обеспечивать переход расплава в однородное и жидкотекучее состояние.
Выбор материала подложки, на которую выливается расплав (чистая платина), обусловлен тем, что Bi2O3 чрезвычайно химически активное соединение в жидком состоянии и очень быстро взаимодействует практически со всеми известными материалами, кроме чистой платины. Поэтому именно использование чистой платины, обеспечивает получение чистой фазы Bi12SiO20, без риска загрязнения ее материалом подложки. Температура подложки на момент литья не влияет на технологический процесс. Фаза Bi12SiO20 прекрасно получается как на подогретой платине, так и на платине, находящейся при комнатной температуре, либо охлажденной даже до минусовых температур. В связи с этим, специально охлаждать или же нагревать подложку перед литьем - является не целесообразным. Литье достаточно вести при комнатной температуре.
Способ иллюстрируется графически, где на Фиг. 1 - Температурные зоны 1 в области расплава на фазовой диаграмме стабильного равновесия 2 системы Bi2O3 - SiO2. На фиг. 1 изображена двойная диаграмма стабильного равновесия системы Bi2O3 - SiO2, содержащей температурные зоны расплавов. Известно, что на фазовой диаграмме системы Bi2O3 - SiO2 область расплава может быть разделена на 3 температурные зоны А, В и С.
На Фиг. 2 - Результаты микроструктурного анализа образца, состава 6:1 мол. % (система Bi2O3 - SiO2), полученного заявляемым способом, увеличение - 50 крат;
На Фиг. 3 - Результаты микроструктурного анализа образца, состава 6:1 мол. % (система Bi2O3 - SiO2), полученного заявляемым способом, увеличение - 200 крат;
На Фиг. 4 - Результаты рентгенофазового анализа образца состава 6:1 мол. % (система Bi2O3 - SiO2), полученного заявляемым способом.
На Фиг. 5 - Результаты макроструктурного анализа образца, состава 6:1 мол. % (система Bi2O3 - SiO2), полученного заявляемым способом, увеличение - 1,25 крат;
Сущность изобретения поясняется диаграммой, а также результатами рентгенофазового, макроструктурного и микроструктурного анализа.
Было установлено, что при нагреве исходных компонентов до 900°С-1200°С, выдержке в этой зоне не менее 15 минут и литья на платиновую подложку -обеспечивается надежное получение силиката висмута с формулой Bi12SiO20. Это объясняется тем, что процесс зародышеобразования данного состава, при литье на твердую поверхность, способствует образованию именно стабильного соединения с формулой Bi12SiO20.
Полученные данные подтверждаются микроструктурным анализом (фиг. 2-3), на котором ясно видно однофазное строение полученного материала в виде выросших в направлении теплоотвода зерен. Существование именно однофазной области с формулой Bi12SiO20 без каких либо посторонних примесей и других фаз подтверждает также рентгенофазовый анализ, приведенный на фиг. 4. На макроструктуре (Фиг. 5) показан кристаллизованный на платиновой пластине готовый материал, сразу после литья.
По результатам анализов, представленным в фиг. 2-4, можно сделать вывод о том, что решающую роль при синтезе фазы Bi12SiO20 играет именно способ охлаждения расплава (литье на платиновую подложку).
Заявляемый способ «Способ получения силиката висмута Bi12SiO20 методом литья» может быть реализован с помощью следующих материальных объектов:
1. печь - нагревательное устройство с рабочей камерой, обеспечивающее нагревание материала до заданной температуры (900°С ± 20°С и выше);
2. платиновый тигель;
3. платиновая пластина.
Пример конкретного выполнения:
1. в качестве исходных компонентов берем порошки оксида висмута (Bi2O3) и диоксида кремния (SiO2) в соотношении 6:1 мол. %;
2. исходные реагенты помещаем в платиновый тигель и перемешиваем платиновым шпателем или металлической ложкой;
3. нагреваем полученную смесь до 1100°С;
4. выдерживаем полученную смесь при данной температуре 15 минут;
5. выливаем полученный расплав на платиновую пластину, при комнатной температуре.
Как показали результаты опытной проверки, при использовании заявляемого способа обеспечивается достижение следующих результатов:
1. получен чистый силикат висмута с формулой Bi12SiO20, лишенный загрязнений и посторонних примесей;
2. заявляемый способ требует намного меньше времени на синтез, чем все известные современные аналоги и прототип, приведенные выше, что существенно снижает не только временные, но также и экономические затраты;
3. одной из причин появления огромного количества твердофазных, гидротермальных механо-химических способов синтеза, послужило именно трудность извлечения получаемого материала из тигля. Заявляемый же способ позволяет получать Bi12SiO20 литьем, что имеет огромное значение в первую очередь для экономии дорогостоящих тиглей (чистая платина), использующихся при синтезе и разрушающихся при извлечении готового материала.
Claims (1)
- Способ получения силиката висмута Bi12SiO20 методом литья, включающий механическое смешивание исходных компонентов Bi2O3 и SiO2, нагрев полученной смеси в платиновом тигле, отличающийся тем, что нагрев осуществляют в интервале температур 900-1200°C с выдержкой в данном интервале не менее 15 минут, после чего полученный расплав льют на платиновую подложку.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018110216A RU2669677C1 (ru) | 2018-03-22 | 2018-03-22 | Способ получения силиката висмута Bi12SiO20 методом литья |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018110216A RU2669677C1 (ru) | 2018-03-22 | 2018-03-22 | Способ получения силиката висмута Bi12SiO20 методом литья |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2669677C1 true RU2669677C1 (ru) | 2018-10-12 |
Family
ID=63862516
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018110216A RU2669677C1 (ru) | 2018-03-22 | 2018-03-22 | Способ получения силиката висмута Bi12SiO20 методом литья |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2669677C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2707598C1 (ru) * | 2018-12-21 | 2019-11-28 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Способ получения соединения δ*-Bi2O3 в системе Bi2O3-SiO2 |
| RU2788799C1 (ru) * | 2022-10-24 | 2023-01-24 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Способ получения германата-силиката висмута со структурой силленита |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7576033B2 (en) * | 2005-03-09 | 2009-08-18 | Fujifilm Corporation | Process for producing Bi12MO20 particles and photo-conductor layer for radiation imaging panels |
| US20100006768A1 (en) * | 2008-07-10 | 2010-01-14 | Fujifilm Corporation | PROCESS FOR PRODUCING Bi12XO20 POWDER, Bi12XO20 POWDER, RADIATION PHOTO-CONDUCTOR, RADIATION DETECTOR, AND RADIATION IMAGING PANEL |
| CN101792181B (zh) * | 2010-02-09 | 2012-07-25 | 陕西科技大学 | 一种硅酸铋纳米晶的制备方法 |
| CN102351513B (zh) * | 2011-07-06 | 2013-04-03 | 陕西科技大学 | 一种光学性能用硅酸铋粉体的制备方法 |
| RU2617580C1 (ru) * | 2016-04-05 | 2017-04-25 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) | Способ получения тонких слоев силиката висмута |
| RU2643563C1 (ru) * | 2017-06-13 | 2018-02-02 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ СИЛИКАТА ВИСМУТА Bi12SiO20 |
-
2018
- 2018-03-22 RU RU2018110216A patent/RU2669677C1/ru active IP Right Revival
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7576033B2 (en) * | 2005-03-09 | 2009-08-18 | Fujifilm Corporation | Process for producing Bi12MO20 particles and photo-conductor layer for radiation imaging panels |
| US20100006768A1 (en) * | 2008-07-10 | 2010-01-14 | Fujifilm Corporation | PROCESS FOR PRODUCING Bi12XO20 POWDER, Bi12XO20 POWDER, RADIATION PHOTO-CONDUCTOR, RADIATION DETECTOR, AND RADIATION IMAGING PANEL |
| CN101792181B (zh) * | 2010-02-09 | 2012-07-25 | 陕西科技大学 | 一种硅酸铋纳米晶的制备方法 |
| CN102351513B (zh) * | 2011-07-06 | 2013-04-03 | 陕西科技大学 | 一种光学性能用硅酸铋粉体的制备方法 |
| RU2617580C1 (ru) * | 2016-04-05 | 2017-04-25 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) | Способ получения тонких слоев силиката висмута |
| RU2643563C1 (ru) * | 2017-06-13 | 2018-02-02 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ СИЛИКАТА ВИСМУТА Bi12SiO20 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| H.W. GUO, X.F. WANG, D.N. GAO, A novel method for preparation of pure Bi2SiO5 crystals, Journal Materials Letters 67, 2012, p. 280-282; * |
| H.W. GUO, X.F. WANG, D.N. GAO, A novel method for preparation of pure Bi2SiO5 crystals, Journal Materials Letters 67, 2012, p. 280-282;RU 2643563 C1, 02.02.2018. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2707598C1 (ru) * | 2018-12-21 | 2019-11-28 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Способ получения соединения δ*-Bi2O3 в системе Bi2O3-SiO2 |
| RU2788799C1 (ru) * | 2022-10-24 | 2023-01-24 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Способ получения германата-силиката висмута со структурой силленита |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2665626C1 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИЛИКАТА ВИСМУТА Bi12SiO20 МЕТОДОМ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ В ТИГЛЕ | |
| Noguchi et al. | Phase changes in the ZrO2-TiO2 system | |
| RU2654968C1 (ru) | Способ получения силиката висмута Bi2SiO5 | |
| RU2669677C1 (ru) | Способ получения силиката висмута Bi12SiO20 методом литья | |
| RU2654946C1 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГЕРМАНАТА ВИСМУТА Bi4Ge3O12 | |
| RU2470897C2 (ru) | Способ получения самарийсодержащего спин-стекольного магнитного материала | |
| RU2687924C1 (ru) | Способ получения германата висмута Bi2Ge3O9 | |
| Noguchi et al. | Fundamental research in refractory system with a solar furnace—ZrO2 CaO system | |
| RU2724760C1 (ru) | Способ получения германата-силиката висмута | |
| RU2788799C1 (ru) | Способ получения германата-силиката висмута со структурой силленита | |
| RU2676047C1 (ru) | Способ получения Mn-Fe-содержащего спин-стекольного магнитного материала | |
| RU2753672C1 (ru) | Способ получения германата висмута Bi12GeO20 методом литья | |
| Oishi et al. | Growth of leucite crystals from a K 2 Mo 2 O 7 flux. | |
| Sun et al. | Growth of large PbTiO3 crystals by a self-flux technique | |
| WO2002021606A1 (en) | The method manufacturing p-type bismuth telluride thermoelectric materials for the enhancement of the yield of high quality ingot | |
| Petrova et al. | Phase relationships in the Na 2 ZnP 2 O 7–LiKZnP 2 O 7 system | |
| RU2683833C1 (ru) | Способ получения сложного оксида лантана, молибдена и теллура | |
| EP0175423B1 (fr) | Procédé de préparation de silicate de lithium | |
| RU2753671C1 (ru) | Способ получения германата висмута Bi4Ge3O12 методом литья | |
| US3305301A (en) | Process for the growth of ordered lithium ferrite | |
| RU2707598C1 (ru) | Способ получения соединения δ*-Bi2O3 в системе Bi2O3-SiO2 | |
| Krystad et al. | The kinetics of boron removal during slag refining in the production of solar-grade silicon | |
| KIMURA et al. | Phase and Morphology of PbNb2O6 Obtained by Molten Salt Synthesis | |
| RU2684087C1 (ru) | Применение сложного оксида лантана, молибдена и теллура | |
| Szczygieł et al. | Phase equilibria in the Ce 2 O 3-K 2 OP 2 O 5 system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200323 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20220309 |