RU2707840C1 - Method of producing highly stoichiometric nano-sized precursor for synthesis of solid solutions of yttrium-aluminium garnet with rare-earth element oxides - Google Patents
Method of producing highly stoichiometric nano-sized precursor for synthesis of solid solutions of yttrium-aluminium garnet with rare-earth element oxides Download PDFInfo
- Publication number
- RU2707840C1 RU2707840C1 RU2018128752A RU2018128752A RU2707840C1 RU 2707840 C1 RU2707840 C1 RU 2707840C1 RU 2018128752 A RU2018128752 A RU 2018128752A RU 2018128752 A RU2018128752 A RU 2018128752A RU 2707840 C1 RU2707840 C1 RU 2707840C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- yttrium
- precursor
- rare
- ammonia
- concentration
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F17/00—Compounds of rare earth metals
- C01F17/30—Compounds containing rare earth metals and at least one element other than a rare earth metal, oxygen or hydrogen, e.g. La4S3Br6
- C01F17/32—Compounds containing rare earth metals and at least one element other than a rare earth metal, oxygen or hydrogen, e.g. La4S3Br6 oxide or hydroxide being the only anion, e.g. NaCeO2 or MgxCayEuO
- C01F17/34—Aluminates, e.g. YAlO3 or Y3-xGdxAl5O12
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F7/00—Compounds of aluminium
- C01F7/02—Aluminium oxide; Aluminium hydroxide; Aluminates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/44—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
- C04B35/62625—Wet mixtures
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии получения соединений сложных оксидов со структурой граната, содержащих редкоземельные элементы (РЗЭ), которые могут быть применены в технологии синтеза оптических керамических материалов лазерного качества при создании активных тел твердотельных лазеров различной геометрии. Способ осуществляют методом осаждения введением исходных соединений алюминия, иттрия и легирующих элементов в осадитель с последующим выделением осажденного продукта и прокалкой полученного порошкообразного продукта при 1000°С, при этом осаждение проводят с помощью основного осадителя, а в качестве основного осадителя используют водный раствор аммиака, в зону которого вводят кристаллический карбамид (мочевину) в количестве 80-100 г на 1 л осадителя для блокирования растворимости гидроксида алюминия в аммиаке, а затем при перемешивании вводят смесевой водный раствор хлористых солей алюминия, иттрия и легирующих элементов в количестве, соответствующем молярному соотношению катионов металлов согласно общей формуле (Y1-xРЗЭх)3Al5O12, после чего полученную реакционную смесь перемешивают со скоростью 300-500 об/мин. Выделенный осажденный продукт сначала промывают водой до рН=7-7,5, затем 2-3 порциями ацетона по 80-100 мл каждая.The invention relates to a technology for the production of compounds of complex oxides with a garnet structure containing rare-earth elements (REE), which can be used in the synthesis of optical ceramic materials of laser quality when creating active bodies of solid-state lasers of various geometries. The method is carried out by the method of precipitation by introducing the starting compounds of aluminum, yttrium and alloying elements into the precipitant, followed by isolation of the precipitated product and calcining the obtained powdery product at 1000 ° C, while the precipitation is carried out using the main precipitator, and aqueous ammonia the zone of which is introduced crystalline urea (urea) in an amount of 80-100 g per 1 liter of precipitant to block the solubility of aluminum hydroxide in ammonia, and then with stirring DYT aqueous mixtures of salts of aluminum chloride, yttrium, and alloy elements in a quantity corresponding to a molar ratio of metal cations from the general formula (Y 1-x RZEh) 3 Al 5 O 12, and the resulting reaction mixture was stirred at a speed of 300-500 rev / min . The isolated precipitated product is first washed with water to pH = 7-7.5, then with 2-3 portions of acetone, 80-100 ml each.
Высокостехиометричные наноразмерные порошки прекурсора твердых растворов на основе бинарного соединения иттрий-алюминиевого граната (ИАГ) солегированного ионами редкоземельных элементов получали методом химического обратного осаждения с последующей сушкой и прокаливанием с целью синтеза гомогенного монофазного кубического твердого раствора.Highly stoichiometric nanosized powders of a solid solution precursor based on a binary compound of yttrium-aluminum garnet (YAG) doped with rare earth ions were obtained by chemical reverse deposition followed by drying and calcination to synthesize a homogeneous monophasic cubic solid solution.
В качестве лигандов для получения твердого раствора на основе бинарного соединения иттрий-алюминиевого граната (Y3Al5O12) используют оксиды или композиции редкоземельных элементов: Er2O3; Yb2O3; Tm2O3; Ho2O3; композиции Er2O3-Tm2O3; Er2O3-Ho2O3; Er2O3-Tm2O3-Ho2O3; Yb2O3-Tm2O3; Yb2O3-Tm2O3-Ho2O3; Yb2O3-Ho2O3, которые вводят в состав иттрий-алюминиевого граната в пределах 1,0-50,0 ат. % по отношению к атому иттрия.As ligands for obtaining a solid solution based on a binary compound of yttrium-aluminum garnet (Y 3 Al 5 O 12 ), oxides or rare-earth element compositions are used: Er 2 O 3 ; Yb 2 O 3 ; Tm 2 O 3 ; Ho 2 O 3 ; Er 2 O 3 —Tm 2 O 3 compositions; Er 2 O 3 —Ho 2 O 3 ; Er 2 O 3 —Tm 2 O 3 —Ho 2 O 3 ; Yb 2 O 3 -Tm 2 O 3 ; Yb 2 O 3 —Tm 2 O 3 —Ho 2 O 3 ; Yb 2 O 3 -Ho 2 O 3 , which are introduced into the composition of yttrium-aluminum garnet in the range of 1.0-50.0 at. % relative to the yttrium atom.
При введении в состав иттрий-алюминиевого граната оксидов редкоземельных элементов (ОРЗЭ) или их композиций имеет место образование твердых растворов замещения только катионов иттрия на катионы РЗЭ. Поэтому расчеты составов проводятся исходя из формулы твердого раствора Y3-XMeXAl5O12, где х - доля катиона ОРЗЭ или сумма долей катионов ОРЗЭ, вводимых в состав иттрий-алюминиевого граната и замещаемых катионов иттрия.With the introduction of rare earth oxides (ORE) or their compositions into the composition of yttrium-aluminum garnet, solid solutions are formed that replace only yttrium cations with REE cations. Therefore, the calculations of the compositions are carried out based on the formula of the solid solution Y 3-X Me X Al 5 O 12 , where x is the fraction of the ORZE cation or the sum of the proportions of the ORZE cations introduced into the composition of yttrium-aluminum garnet and substituted yttrium cations.
Известен способ (Патент США US 5,484,750 (A) Transparent polycrystalline garnets Заявитель: GEN ELECTRIC [US] МПК: C09K 11/00; C09K 11/77; C09K 11/80; G01T 1/20; G01T 1/202, дата публикации: 16.01.1996) получения прозрачного поликристаллического твердотельного сцинтилляционного материала со структурой ИАГ, легированного ионами редкоземельных элементов, включающий растворение исходных катионов солей, упаривание до концентрированного состояния, совместное обратное соосаждение через распыление, с последующим фильтрованием осадка прекурсора, декантированием, сушкой, и термообработкой, причем способ включает следующие стадии, на которых:The known method (US Patent US 5,484,750 (A) Transparent polycrystalline garnets Applicant: GEN ELECTRIC [US] IPC: C09K 11/00; C09K 11/77; C09K 11/80; G01T 1/20; G01T 1/202, publication date: 01/16/1996) obtaining a transparent polycrystalline solid-state scintillation material with a YAG structure doped with rare-earth ions, including dissolution of the initial cations of salts, evaporation to a concentrated state, co-coprecipitation by sputtering, followed by filtration of the precursor precipitate, decantation, drying, and heat treatment way b includes the following stages in which:
- маточный раствор катионов солей заданного состава формируют путем растворения хлоридов иттрия, алюминия и редкоземельных металлов в концентрированной соляной кислоте при нагревании, затем упаривают и распыляют в основной раствор оксалата аммония, осадок декантируют в деионизированной воде и/или спирте для удаления избытка гидроксила аммония и/или углекислого аммония и продуктов реакции, осадок сушат при температуре около 110°С методом вакуумной сушки и прокаливают на воздухе при температуре 750°С;- a mother liquor of cations of salts of a given composition is formed by dissolving yttrium, aluminum and rare-earth metal chlorides in concentrated hydrochloric acid when heated, then evaporated and sprayed into a basic solution of ammonium oxalate, the precipitate is decanted in deionized water and / or alcohol to remove excess ammonium hydroxyl and / or ammonium carbonate and reaction products, the precipitate is dried at a temperature of about 110 ° C by vacuum drying and calcined in air at a temperature of 750 ° C;
- после термического разложения порошок измельчают в струйной мельнице или на планетарной мельнице с использованием диоксида циркония в качестве мелющей оснастки в среде изопропилового спирта, затем сушат и получают гранулы;- after thermal decomposition, the powder is ground in a jet mill or in a planetary mill using zirconia as a grinding tool in isopropyl alcohol, then dried and granules are obtained;
- после гранулирования порошок формуют изостатическим прессованием с получением образцов с относительной плотностью 55%;- after granulation, the powder is formed by isostatic pressing to obtain samples with a relative density of 55%;
- полученные образцы подвергают вакуумному спеканию при температуре 1400-1600°С;- the obtained samples are subjected to vacuum sintering at a temperature of 1400-1600 ° C;
- после вакуумного спекания образцы подвергают горячему изостатическому прессованию при температуре 1350-1600°С; после чего керамические образцы механически шлифуют и полируют.- after vacuum sintering, the samples are subjected to hot isostatic pressing at a temperature of 1350-1600 ° C; after which ceramic samples are mechanically ground and polished.
Недостатком данного технического решения является проведение синтеза прекурсора в избытке гидроксила аммония и при удалении этого избытка выводится в виде растворимых аммиакатов некоторое количество катионов алюминия, обеспечивающих стехиометрию целевого продукта.The disadvantage of this technical solution is the synthesis of the precursor in an excess of ammonium hydroxyl and, when this excess is removed, a certain amount of aluminum cations is removed in the form of soluble ammonia, which ensures the stoichiometry of the target product.
Изобретение (Способ получения мелкокристаллического нелегированного и легированного иттрий-алюминиевого граната, Заявка РФ RU 2137867 С1, МПК: СЗ0В 7/10, С30В 29/28, C01F 7/02, C01F 17/00, Дата приоритета: 22.04.1998) относится к синтезу неорганических материалов и используется для получения шихты для выращивания монокристаллов ИАГ, применяемых в качестве активных сред в твердотельных лазерах, а такие при изготовлении высокотемпературной керамики. Сущность изобретения: гидротермальную обработку стехиометрической смеси оксидов иттрия и алюминия проводят в 1-3%-ных водных растворах активаторов, в качестве которых используют соли щелочных металлов и аммония предельных органических кислот (С1-СЗ), при 270-360°С и PH2O=56-190 атм. Легированный ИАГ получают путем введения в исходную смесь оксидов добавок неодим- или хромсодержащих компонентов. Изобретение позволяет повысить выход данного продукта. Экологичность способа синтеза и чистота получаемых кристаллов обусловлены одностадийностью процесса и герметичностью автоклава.Invention (Method for producing small-crystalline undoped and doped yttrium-aluminum garnet, Application of the Russian Federation RU 2137867 C1, IPC: СЗ0В 7/10, С30В 29/28, C01F 7/02, C01F 17/00, Priority date: 04/22/1998) the synthesis of inorganic materials and is used to obtain a mixture for growing YAG single crystals used as active media in solid-state lasers, and such in the manufacture of high-temperature ceramics. The inventive hydrothermal treatment of a stoichiometric mixture of yttrium and aluminum oxides is carried out in 1-3% aqueous solutions of activators, which use alkali metal and ammonium salts of saturated organic acids (C1-C3), at 270-360 ° C and P H2O = 56-190 atm. Doped YAG is obtained by introducing additives of neodymium or chromium-containing components into the initial oxide mixture. The invention improves the yield of this product. The environmental friendliness of the synthesis method and the purity of the resulting crystals are due to the one-stage process and the integrity of the autoclave.
Недостатком описываемого изобретения является использование солей щелочноземельных металлов и органических кислот (С1-СЗ), что ведет к встраиванию в кристаллическую решетку ионов щелочноземельных металлов и ухудшению генерационных свойств высокотемпературной керамики. Анионы органических кислот (С1-СЗ) являются «поставщиками» свободного углерода, что ведет к появлению «серого» фильтра. Проведение процесса при 270-360°С способствует сильной агломерации получаемого продукта и, вследствие этого, нарушению стехиометричности прекурсора.The disadvantage of the described invention is the use of salts of alkaline earth metals and organic acids (C1-C3), which leads to the incorporation into the crystal lattice of ions of alkaline earth metals and the deterioration of the lasing properties of high-temperature ceramics. Anions of organic acids (C1-C3) are the "suppliers" of free carbon, which leads to the appearance of a "gray" filter. Carrying out the process at 270-360 ° C promotes strong agglomeration of the resulting product and, as a result, violates the stoichiometry of the precursor.
Известен способ получения мелкокристаллического нелегированного и легированного иттрий-алюминиевого граната (Патент на изобретение РФ RU 2137867, кл. МПК С30В 7/10, С30В 29/28, C01F 7/02, C01F 17/00, опубл. 20.09.1999, заявка на изобретение JP2001270775, кл. МПК С04В 35/44, опубл. 02.10.2001), гидротермальную обработку стехиометрической смеси оксидов иттрия и алюминия проводят в 1-3%-ных водных растворах активаторов, в качестве которых используют соли щелочных металлов и аммония предельных органических кислот (С1-С3), при 270-360°С и PH2O=56-190 атм. Легированный ИАГ получают путем введения в исходную смесь оксидов добавок неодим- или хромсодержащих компонентов.A known method of producing small-crystalline undoped and doped yttrium-aluminum garnet (Patent for invention of the Russian Federation RU 2137867, class IPC C30V 7/10, C30B 29/28, C01F 7/02, C01F 17/00, publ. 09/20/1999, application for invention JP2001270775, class IPC СВВ 35/44, publ. 02.10.2001), hydrothermal treatment of a stoichiometric mixture of yttrium and aluminum oxides is carried out in 1-3% aqueous solutions of activators, which are used alkali metal and ammonium salts of saturated organic acids (C1-C3), at 270-360 ° С and P H2O = 56-190 atm. Doped YAG is obtained by introducing additives of neodymium or chromium-containing components into the initial oxide mixture.
Недостатком описываемого изобретения является использование солей щелочноземельных металлов и органических кислот (С1-СЗ), что ведет к встраиванию в кристаллическую решетку ионов щелочноземельных металлов и ухудшению генерационных свойств высокотемпературной керамики. Анионы органических кислот (С1-СЗ) являются «поставщиками» свободного углерода, что ведет к появлению «серого» фильтра. Проведение процесса при 270-360°С способствует сильной агломерации получаемого продукта и, вследствие этого, нарушению стехиометричности прекурсора.The disadvantage of the described invention is the use of salts of alkaline earth metals and organic acids (C1-C3), which leads to the incorporation into the crystal lattice of ions of alkaline earth metals and the deterioration of the lasing properties of high-temperature ceramics. Anions of organic acids (C1-C3) are the "suppliers" of free carbon, which leads to the appearance of a "gray" filter. Carrying out the process at 270-360 ° C promotes strong agglomeration of the resulting product and, as a result, violates the stoichiometry of the precursor.
Известны (Д.О. Лемешев и др., Перспектива создания новых оптически прозрачных материалов на основе оксида иттрия и иттрий-алюминиевого граната, журнал «Стекло и керамика», 2008, №4, стр. 25-27) различные способы получения прозрачных керамических материалов на основе иттрий-алюминиевого граната, например, золь-гель технология, термическое разложение солей, твердофазный синтез, гидротермальный синтез, вымораживание, соосаждение, горение.Various methods for producing transparent ceramic are known (D.O. Lemeshev et al., The prospect of creating new optically transparent materials based on yttrium oxide and yttrium-aluminum garnet, Glass and Ceramics magazine, 2008, No. 4, pp. 25-27) materials based on yttrium-aluminum garnet, for example, sol-gel technology, thermal decomposition of salts, solid-phase synthesis, hydrothermal synthesis, freezing, coprecipitation, combustion.
В цитируемой статье не приводятся конкретные технические решения, а описана перспектива создания новых оптически прозрачных материалов на основе оксида иттрия и иттрий-алюминиевого граната.The cited article does not provide specific technical solutions, but describes the prospect of creating new optically transparent materials based on yttrium oxide and yttrium-aluminum garnet.
Описаны (Заявка США US 2009/081100 (Al) Translucent material and manufacturing method of the same. Заявитель: FUJIFILM CORP [JP] МПК: C01F 17/00; C04B 35/44; C04B 35/64; H01S 3/16, дата публикации: 26.03.2009, заявка на изобретение CN 101386531, кл. МПК С04В 35/622, С04В 35/50, С04В 35/44, опубл. 18.03.2009) способы получения иттрий-алюминиевого граната и прозрачного поликристаллического твердотельного сцинтилляционного материала со структурой ИАГ, легированного ионами редкоземельных элементов, при которых маточный раствор катионов солей заданного состава формируют путем растворения хлоридов или сульфатов требуемых катионов (иттрия, алюминия и редкоземельных металлов) в воде при нагревании, затем упаривают и распыляют в водный раствор аммиака, осадок декантируют в деионизированной воде, выливают суспензию в контейнер, дают сформироваться формованному телу путем медленного осаждения, полученное тело затем подвергают спеканию при 1750°С.Described (US Application US 2009/081100 (Al) Translucent material and manufacturing method of the same. Applicant: FUJIFILM CORP [JP] IPC: C01F 17/00; C04B 35/44; C04B 35/64; H01S 3/16, date publication: March 26, 2009, application for invention CN 101386531, class IPC С04В 35/622, С04В 35/50, С04В 35/44, published March 18, 2009) methods for producing yttrium-aluminum garnet and transparent polycrystalline solid-state scintillation material with a structure YAG doped with rare-earth ions, in which the mother liquor of cations of salts of a given composition is formed by dissolving the chlorides or sulfates of the desired cations (it (aluminum, rare-earth metals) in water when heated, then evaporated and sprayed into an aqueous solution of ammonia, the precipitate is decanted in deionized water, the suspension is poured into a container, the molded body is formed by slow deposition, the resulting body is then sintered at 1750 ° C.
Основными недостатками данных способов являются: 1) высокая агломерация получаемых порошкообразных материалов; 2) захват агломератами маточных растворов по межзеренным пространствам; 3) образование глобул при распылении, которые содержат непрореагировавшие исходные растворы; 4) проведение синтеза прекурсора в избытке гидроксила аммония и, поэтому при удалении этого избытка выводится в виде растворимых аммиакатов некоторое количество катионов алюминия, обеспечивающих стехиометрию целевого продукта.The main disadvantages of these methods are: 1) high agglomeration of the obtained powder materials; 2) capture agglomerates of uterine solutions through intergrain spaces; 3) the formation of globules during spraying, which contain unreacted stock solutions; 4) the synthesis of the precursor in an excess of ammonium hydroxyl and, therefore, when this excess is removed, a certain amount of aluminum cations is removed in the form of soluble ammonia, which ensures stoichiometry of the target product.
Известен способ получения прозрачного керамического материала (Патент РФ на изобретение RU 2473514, кл. МПК С04В 35/505, С04В 35/622, С30В 29/28), включающий смешивание предварительно полученной матрицы с предварительно полученным наполнителем, формование смеси и термообработку.A known method for producing a transparent ceramic material (RF Patent for the invention RU 2473514, class IPC С04В 35/505, С04В 35/622, С30В 29/28), comprising mixing the preformed matrix with preformed filler, molding the mixture and heat treatment.
Недостатком данного изобретения является использование матрицы, выполненной в виде твердого раствора оксида скандия в оксиде иттрия и наполнитель, выполненный в виде твердого раствора оксида скандия в иттрий-алюминиевом гранате. Кроме того данный способ предполагает многостадийность процесса и многочисленные процессы измельчения, что ведет к натиранию материала мелющих тел, что ведет к появлению нежелательных вторых фаз.The disadvantage of this invention is the use of a matrix made in the form of a solid solution of scandium oxide in yttrium oxide and a filler made in the form of a solid solution of scandium oxide in yttrium-aluminum garnet. In addition, this method involves a multi-stage process and numerous grinding processes, which leads to the grinding of the material of grinding media, which leads to the appearance of undesirable second phases.
Известен способ получения прозрачного керамического материала на основе оксида иттрия, легированного трехвалентными металлами, с добавками иттрий-алюминиевого граната (Заявка на изобретение РФ RU 2009115895, кл. МПК С30В 29/00, опубл. 10.11.2010), заключающийся в том, что исходный материал получают методом обратного гетерофазного осаждения, при этом для получения иттрий-алюминиевого граната используют смесь гидроксидов иттрия и алюминия, которую измельчают и затем вводят соль скандия, после чего проводят термическое разложение и измельчают, получая второй компонент, первый и второй компоненты смешивают, полученную смесь подвергают нагреванию, затем формуют заготовки методом полусухого прессования, после чего их подвергают нагреванию для удаления технологической связки, и помещают в вакуумную печь, после чего прозрачный керамический материал шлифуют и полируют.A known method of producing a transparent ceramic material based on yttrium oxide doped with trivalent metals, with the addition of yttrium-aluminum garnet (Application for invention of the Russian Federation RU 2009115895, class IPC С30В 29/00, publ. 10.11.2010), which consists in the fact that the original the material is obtained by the method of reverse heterophase deposition, while to obtain yttrium-aluminum garnet, a mixture of yttrium and aluminum hydroxides is used, which is ground and then the scandium salt is introduced, after which thermal decomposition is carried out and ground, the second component, the first and second components are mixed, the resulting mixture is heated, then the preforms are formed by the method of dry pressing, after which they are heated to remove the technological bond, and placed in a vacuum oven, after which the transparent ceramic material is ground and polished.
Недостатком данного способа является получение высокоагломерированных гидроксидов и многочисленные процессы измельчения, что ведет к натиранию материала мелющих тел, что ведет к появлению нежелательных вторых фаз, что ведет к нарушению стехиометрии получаемых материалов.The disadvantage of this method is the production of highly agglomerated hydroxides and numerous grinding processes, which leads to the grinding of the material of grinding media, which leads to the appearance of undesirable second phases, which leads to disruption of the stoichiometry of the materials obtained.
Известен способ получения алюмоиттриевого граната, легированного редкоземельными элементами (Патент на изобретение РФ RU 2503754, кл. МПК С30В 29/28, C09K 11/80, опубл. 10.01.2014), который осуществляют методом осаждения введением исходных соединений алюминия, иттрия и легирующих элементов в осадитель с последующим выделением осажденного продукта и прокалкой полученного порошкообразного продукта, при этом осаждение проводят в присутствии фторсодержащей добавки, а в качестве осадителя используют гидрокарбонат аммония, в водный раствор которого при перемешивании вводят смесевый водный раствор азотнокислых солей алюминия, иттрия и легирующих элементов, после чего полученную реакционную смесь перемешивают и выделенный осажденный продукт промывают водой, сушат и прокаливают.A known method of producing aluminum yttrium garnet doped with rare earth elements (Patent for the invention of the Russian Federation RU 2503754, class IPC С30В 29/28, C09K 11/80, publ. 10.01.2014), which is carried out by the deposition method by introducing the starting compounds of aluminum, yttrium and alloying elements into the precipitant, followed by isolation of the precipitated product and calcination of the obtained powdery product, while the precipitation is carried out in the presence of a fluorine-containing additive, and ammonium bicarbonate is used as the precipitant, in an aqueous solution of which mixing, a mixed aqueous solution of aluminum nitrate, yttrium and alloying elements is introduced, after which the resulting reaction mixture is stirred and the precipitated product separated is washed with water, dried and calcined.
Недостатком данного способа является использование фторсодержащей добавки, фторанионы которой ведут к заведомой агломерации частиц за счет образование фторидных «мостиков», и появлению второй фазы в виде фторидов иттрия и редкоземельных элементов, что ведет к нарушению стехиометрии получаемых материалов.The disadvantage of this method is the use of a fluorine-containing additive, the fluoroanions of which lead to deliberate particle agglomeration due to the formation of fluoride "bridges", and the appearance of a second phase in the form of yttrium fluorides and rare earth elements, which leads to a violation of the stoichiometry of the materials obtained.
Известен также способ получения наноразмерного порошка алюмоиттриевого граната (Патент РФ RU 2576271 С1, МПК: C01F 17/00, В82В 1/00, B82Y 30/00, приоритет 23.12.2014). Изобретение относится к технологии получения соединений сложных оксидов со структурой граната, которые могут быть использованы для изготовления элементов твердотельных лазеров ближнего и среднего ИК-диапазонов, для разработки сцинтилляторов и люминофоров, а также в производстве термостойкой керамики. Способ получения наноразмерного порошка алюмоиттриевого граната включает приготовление исходных реакционных водных растворов, содержащих соли иттрия (III) и алюминия в молярном отношении 3:5. Сначала реагент-осадитель, в качестве которого используют сильноосновный гелевый анионит АВ-17-8 в гидроксидной форме, приводят в контакт с раствором солей иттрия (III) при комнатной температуре в течение 20 мин, затем добавляют раствор солей алюминия (III). Из полученного раствора осаждают продукт-прекурсор, отделяют его от раствора, промывают водой, сушат и обжигают при температуре 900°С. Ионообменный способ обеспечивает получение наноразмерного порошка алюмоиттриевого граната, не содержащего катионов осадителя, без применения агрессивных сред и давлений.There is also a method of producing nanosized powder of yttrium aluminum garnet (RF Patent RU 2576271 C1, IPC: C01F 17/00, B82B 1/00, B82Y 30/00, priority 23.12.2014). The invention relates to a technology for producing compounds of complex oxides with a garnet structure, which can be used for the manufacture of elements of solid-state lasers of the near and middle IR ranges, for the development of scintillators and phosphors, as well as in the manufacture of heat-resistant ceramics. A method of obtaining nanosized powder of yttrium aluminum garnet involves preparing the initial reaction aqueous solutions containing yttrium (III) and aluminum salts in a molar ratio of 3: 5. First, the precipitating reagent, which is used as a strongly basic gel anion exchange resin AB-17-8 in hydroxide form, is brought into contact with a solution of yttrium (III) salts at room temperature for 20 minutes, then a solution of aluminum (III) salts is added. A precursor product is precipitated from the resulting solution, it is separated from the solution, washed with water, dried and calcined at a temperature of 900 ° C. The ion-exchange method provides the production of nanoscale powder of yttrium aluminum garnet, which does not contain precipitating cations, without the use of aggressive media and pressures.
К недостаткам описываемого изобретения следует отнести использование в качестве осадителя сильноосновного гелевого анионита АВ-17-8 в гидроксидной форме, что ведет к образованию высокорастворимых аммиакатов алюминия. При отмывке продукта-прекурсора высокорастворимые аммиакаты алюминия переходят в маточный раствор, что ведет к нарушению стехиометрии по алюминию.The disadvantages of the described invention include the use as a precipitant of strongly basic gel anion exchange resin AB-17-8 in hydroxide form, which leads to the formation of highly soluble aluminum ammonia. When washing the precursor product, highly soluble aluminum ammonia passes into the mother liquor, which leads to a violation of stoichiometry for aluminum.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения прозрачного поликристаллического твердотельного сцинтилляционного материала со структурой ИАГ, легированного ионами редкоземельных элементов (Заявка США US 2009/081100 (A1) Translucent material and manufacturing method of the same. Заявитель: FUJIFILM CORP [JP] МПК: C01F 17/00; C04B 35/44; C04B 35/64; H01S 3/16, дата публикации: 26.03.2009), при котором маточный раствор катионов солей заданного состава формируют путем растворения хлоридов или сульфатов требуемых катионов (иттрия, алюминия и редкоземельных металлов) в воде при нагревании, затем упаривают и распыляют в водный раствор аммиака, осадок декантируют в деионизированной воде, выливают суспензию в контейнер, дают сформироваться формованному телу путем медленного осаждения, полученное тело затем подвергают спеканию при 1750°С.Closest to the proposed invention in technical essence and the achieved result is a method for producing a transparent polycrystalline solid-state scintillation material with a YAG structure doped with rare earth ions (US Application US 2009/081100 (A1) Translucent material and manufacturing method of the same. Applicant: FUJIFILM CORP [JP] IPC: C01F 17/00; C04B 35/44; C04B 35/64; H01S 3/16, publication date: 03/26/2009), in which the mother liquor of cations of salts of a given composition is formed by dissolving the chlorides or sulfates of the desired cations ( yttrium, and luminescence and rare-earth metals) in water when heated, then evaporated and sprayed into an aqueous solution of ammonia, the precipitate is decanted in deionized water, the suspension is poured into a container, the molded body is formed by slow deposition, the resulting body is then sintered at 1750 ° C.
Недостатком и очень серьезным недостатком известного способа является то, что в процессе осаждения прекурсора в виде тройных гидроксидов иттрия, алюминия и соответствующих РЗЭ в системе, содержащей существенный избыток аммиака, протекают реакции:The disadvantage and very serious disadvantage of this method is that in the process of precipitation of the precursor in the form of triple hydroxides of yttrium, aluminum and the corresponding REE in a system containing a significant excess of ammonia, the following reactions occur:
Al2(SO4)3+6NH4OH→2Al(ОН)3+3(NH4)2SO4,Al 2 (SO 4 ) 3 + 6NH 4 OH → 2Al (OH) 3 +3 (NH 4 ) 2 SO 4 ,
или AlCl3+3NH4OH→Al(ОН)3+3NH4Cl,or AlCl 3 + 3NH 4 OH → Al (OH) 3 + 3NH 4 Cl,
и затем Al(ОН)3+2(NH4)2SO4+→AlNH4(SO4)2+3NH4OH,and then Al (OH) 3 + 2 (NH 4 ) 2 SO 4 + → AlNH 4 (SO 4 ) 2 + 3NH 4 OH,
или Al(ОН)3+4NH4Cl→AlNH4Cl4+3NH4OHor Al (OH) 3 + 4NH 4 Cl → AlNH 4 Cl 4 + 3NH 4 OH
с образованием растворимых комплексных солей алюминий аммоний сульфата или алюминий аммоний хлорида. Так, например, растворимость алюминий аммоний сульфата AlNH4(SO4)2 в воде составляет 2,1 г на 100 г воды при 0°С и 7,74 г на 100 г воды при 20°С, что не позволяет получить высокостехиометричный прекурсор, соответствующий общей формуле (Y1-хМех)3Al5O12, где х - доля катиона ОРЗЭ или сумма долей катионов РЗЭ. В результате прокаливания при 1750°С такого прекурсора целевой продукт (кубический алюмоиттриевый гранат) содержит другие фазы такие как YAlO3 и Y4Al2O9, резко ухудшающие все основные характеристики: прозрачность, показатель преломления, область пропускания, лазерная генерация.with the formation of soluble complex salts of aluminum ammonium sulfate or aluminum ammonium chloride. For example, the solubility of aluminum-ammonium sulfate AlNH 4 (SO 4 ) 2 in water is 2.1 g per 100 g of water at 0 ° C and 7.74 g per 100 g of water at 20 ° C, which does not allow to obtain a highly stoichiometric precursor corresponding to the general formula (Y 1-x Me x ) 3 Al 5 O 12 , where x is the fraction of the cation of the rare-earth element or the sum of the fractions of the rare-earth cations. As a result of the calcination of such a precursor at 1750 ° C, the target product (cubic aluminum yttrium garnet) contains other phases such as YAlO 3 and Y 4 Al 2 O 9 , which sharply worsen all the main characteristics: transparency, refractive index, transmission region, laser generation.
С целью устранения указанных недостатков предлагается способ получения высокостехиометричного наноразмерного прекурсора для синтеза твердых растворов иттрий-алюминиевого граната с оксидами редкоземельных элементов, заключающийся в том, что исходный материал получают методом обратного гетерофазного осаждения путем растворения хлоридов или сульфатов требуемых катионов (иттрия, алюминия и редкоземельных металлов) в воде при нагревании, затем упаривают и распыляют в водный раствор аммиака. Для предотвращения образования водорастворимых комплексных солей алюминий аммоний сульфата или алюминий аммоний хлорида в осадитель добавляют кристаллический карбамид (мочевину) в количестве 80 - 100 г на 1 л осадителя для блокирования растворимости гидроксида алюминия в аммиаке. При этом в системе протекает следующий процесс:In order to eliminate these drawbacks, we propose a method for producing a highly stoichiometric nanoscale precursor for the synthesis of solid solutions of yttrium-aluminum garnet with rare-earth oxides, which consists in the fact that the starting material is obtained by reverse heterophase deposition by dissolving the chlorides or sulfates of the required cations (yttrium, aluminum and rare-earth metals ) in water when heated, then evaporated and sprayed into an aqueous solution of ammonia. To prevent the formation of water-soluble complex salts, aluminum ammonium sulfate or aluminum ammonium chloride is added to the precipitant crystalline urea (urea) in an amount of 80-100 g per 1 liter of precipitant to block the solubility of aluminum hydroxide in ammonia. In this case, the following process takes place in the system:
AlNH4(SO4)2+2CO(NH2)2+6H2O→2(NH4)2SO4+2CO2+NH4OH+Al(ОН)3.AlNH 4 (SO 4 ) 2 + 2CO (NH 2 ) 2 + 6H 2 O → 2 (NH 4 ) 2 SO 4 + 2CO 2 + NH 4 OH + Al (OH) 3 .
Осадок декантируют в деионизированной воде до рН=7. Образовавшийся прекурсор отжимают на воронке Бюхнера и промывают еще раз на воронке Бюхнера 2-3 раза ацетоном особой чистоты. После отжима полученный порошок прекурсора переносят с воронки Бюхнера на кальку и помещают кальку с порошком прекурсора в вакуумный сушильный шкаф и сушат при температуре 60-80°С в течение не менее 8 часов.The precipitate is decanted in deionized water to pH = 7. The resulting precursor is squeezed on a Buchner funnel and washed again on a Buchner funnel 2-3 times with high-purity acetone. After pressing, the obtained precursor powder is transferred from the Buchner funnel to the tracing paper and the tracing paper with the precursor powder is placed in a vacuum oven and dried at a temperature of 60-80 ° C for at least 8 hours.
Технический результат, который может быть достигнут при использовании заявляемого технического решения, заключается в обеспечении получения высокостехиометричного прекурсора, из которого в результате прокаливания получают продукт, содержащий только одну фазу кубического алюмоиттриевого граната, легированного ионами редкоземельных элементов.The technical result that can be achieved using the proposed technical solution is to provide a highly stoichiometric precursor, from which, as a result of calcination, a product containing only one phase of cubic yttrium aluminum garnet doped with rare-earth ions is obtained.
Предлагаемый способ отличается от известного использованием в составе осадителя (водный раствор аммиака) кристаллического карбамида в количествах, описанных в заявляемом способе. Далее следует отмывка на последних стадиях декантации и на воронке Бюхнера, что в целом обуславливает решение поставленной цели изобретения.The proposed method differs from the known use in the composition of the precipitant (aqueous ammonia) of crystalline urea in the amounts described in the inventive method. This is followed by washing in the last stages of decantation and on a Buchner funnel, which generally determines the solution of the goal of the invention.
Заявляемый состав поясняется примерами конкретного исполнения.The inventive composition is illustrated by examples of specific performance.
Пример 1. (по прототипу) Готовят маточный раствор катионов солей заданного состава, исходя из формулы (Y1-xPЗЭx)3Al5O12, путем растворения хлоридов или сульфатов требуемых катионов (иттрия, алюминия и редкоземельных металлов) в воде при нагревании, затем упаривают и распыляют в водный раствор аммиака, осадок декантируют в деионизированной воде. Полученный осадок высушивают в вакуумном сушильном шкафу при температуре 60-80°С. В результате прокаливания при 1000°С такого прекурсора целевой продукт (кубический алюмоиттриевый гранат) содержит 86 масс. % (Y1-xPЗЭx)3Al5O12, другие фазы, такие как YAlO3 (4 масс. %) и (Y1-xPЗЭx)4Al2O9 (10 масс. %). Такие примеси (таблица 1, образец 1) резко ухудшают все основные характеристики: прозрачность, показатель преломления, область пропускания, лазерная генерация.Example 1. (prototype) Prepare a stock solution of cations of salts of a given composition, based on the formula (Y 1-x REE x ) 3 Al 5 O 12 , by dissolving the chlorides or sulfates of the desired cations (yttrium, aluminum and rare earth metals) in water at heating, then evaporated and sprayed into an aqueous solution of ammonia, the precipitate is decanted in deionized water. The resulting precipitate is dried in a vacuum oven at a temperature of 60-80 ° C. As a result of calcination at 1000 ° C of such a precursor, the target product (cubic yttrium aluminum garnet) contains 86 mass. % (Y 1-x REE x ) 3 Al 5 O 12 , other phases such as YAlO 3 (4 wt.%) And (Y 1-x REE x ) 4 Al 2 O 9 (10 wt.%). Such impurities (table 1, sample 1) sharply worsen all the main characteristics: transparency, refractive index, transmission region, laser generation.
Пример 2. Готовят маточный раствор катионов солей заданного состава, исходя из формулы (Y1-xPЗЭx)3Al5O12, путем растворения хлоридов или сульфатов требуемых катионов (иттрия, алюминия и редкоземельных металлов) в воде при нагревании, затем упаривают до уменьшения исходного объема в 2 раза (температура раствора 125°С). Отдельно готовят смесь водного раствора аммиака 25% концентрации и кристаллического карбамида из расчета 80 г на 1 л водного раствора аммиака 25% концентрации. Полученный раствор хлоридов или сульфатов требуемых катионов (иттрия, алюминия и редкоземельных металлов) распыляют в смесь водного раствора аммиака 25% концентрации и кристаллического карбамида из расчета 80 г на 1 л водного раствора аммиака 25% концентрации, охлажденный до 0°С. Полученный осадок декантируют в деионизированной воде до рН=7. Образовавшийся прекурсор отжимают на воронке Бюхнера и промывают еще раз на воронке Бюхнера 2-3 раза ацетоном особой чистоты. Влажный осадок высушивают в вакуумном сушильном шкафу при температуре 60 - 80°С. В результате прокаливания при 1000°С такого прекурсора целевой продукт (кубический алюмоиттриевый гранат) содержит 89,7 масс. % (Y1-xPЗЭx)3Al5O12, другие фазы, такие как YAlO3 (6 масс %) и Y2O3 (4,3 масс. %). Такие примеси (таблица 1, образец 2) значительно ухудшают все основные характеристики: прозрачность, показатель преломления, область пропускания, лазерная генерация.Example 2. Prepare a stock solution of cations of salts of a given composition, based on the formula (Y 1-x REE x ) 3 Al 5 O 12 , by dissolving the chlorides or sulfates of the desired cations (yttrium, aluminum and rare-earth metals) in water when heated, then evaporate to reduce the initial volume by 2 times (solution temperature 125 ° C). A mixture of an aqueous solution of ammonia of 25% concentration and crystalline urea is prepared separately at a rate of 80 g per 1 liter of an aqueous solution of ammonia of 25% concentration. The resulting solution of chlorides or sulfates of the required cations (yttrium, aluminum and rare-earth metals) is sprayed into a mixture of an aqueous solution of ammonia of 25% concentration and crystalline urea based on 80 g per 1 liter of an aqueous solution of ammonia of 25% concentration, cooled to 0 ° C. The precipitate obtained is decanted in deionized water to pH = 7. The resulting precursor is squeezed on a Buchner funnel and washed again on a Buchner funnel 2-3 times with high-purity acetone. The wet cake is dried in a vacuum oven at a temperature of 60 - 80 ° C. As a result of calcination at 1000 ° C of such a precursor, the target product (cubic yttrium aluminum garnet) contains 89.7 mass. % (Y 1-x REE x ) 3 Al 5 O 12 , other phases such as YAlO 3 (6 wt.%) And Y 2 O 3 (4.3 wt.%). Such impurities (table 1, sample 2) significantly worsen all the main characteristics: transparency, refractive index, transmission region, laser generation.
Пример 3. Готовят маточный раствор катионов солей заданного состава, исходя из формулы (Y1-xPЗЭx)3Al5O12, путем растворения хлоридов или сульфатов требуемых катионов (иттрия, алюминия и редкоземельных металлов) в воде при нагревании, затем упаривают до уменьшения исходного объема в 2 раза (температура раствора 125°С). Отдельно готовят смесь водного раствора аммиака 25% концентрации и кристаллического карбамида из расчета 85 г на 1 л водного раствора аммиака 25% концентрации. Полученный раствор хлоридов или сульфатов требуемых катионов (иттрия, алюминия и редкоземельных металлов) распыляют в смесь водного раствора аммиака 25% концентрации и кристаллического карбамида из расчета 85 г на 1 л водного раствора аммиака 25% концентрации, охлажденный до 0°С. Полученный осадок декантируют в деионизированной воде до рН=7. Образовавшийся прекурсор отжимают на воронке Бюхнера и промывают еще раз на воронке Бюхнера 2-3 раза ацетоном особой чистоты. Влажный осадок высушивают в вакуумном сушильном шкафу при температуре 60-80°С. В результате прокаливания при 1000°С такого прекурсора целевой продукт (кубический алюмоиттриевый гранат) содержит 96,8 масс. % (Y1-xPЗЭx)3Al5O12, другие фазы, такие как (Y1-xPЗЭx)4Al2O9 (2,8 масс. %) и Y2O3 (0,4 масс. %). Такие примеси (таблица, образец 3) ухудшают все основные характеристики: прозрачность, показатель преломления, область пропускания, лазерная генерация.Example 3. Prepare a stock solution of cations of salts of a given composition, based on the formula (Y 1-x REE x ) 3 Al 5 O 12 , by dissolving the chlorides or sulfates of the desired cations (yttrium, aluminum and rare-earth metals) in water when heated, then evaporate to reduce the initial volume by 2 times (solution temperature 125 ° C). A mixture of an aqueous solution of ammonia of 25% concentration and crystalline urea is prepared separately at the rate of 85 g per 1 liter of an aqueous solution of ammonia of 25% concentration. The resulting solution of chlorides or sulfates of the required cations (yttrium, aluminum and rare-earth metals) is sprayed into a mixture of an aqueous solution of ammonia of 25% concentration and crystalline urea at a rate of 85 g per 1 liter of an aqueous solution of ammonia of 25% concentration, cooled to 0 ° C. The precipitate obtained is decanted in deionized water to pH = 7. The resulting precursor is squeezed on a Buchner funnel and washed again on a Buchner funnel 2-3 times with high-purity acetone. The wet cake is dried in a vacuum oven at a temperature of 60-80 ° C. As a result of calcination at 1000 ° C of such a precursor, the target product (cubic yttrium aluminum garnet) contains 96.8 mass. % (Y 1-x REE x ) 3 Al 5 O 12 , other phases such as (Y 1-x REE x ) 4 Al 2 O 9 (2.8 wt.%) And Y 2 O 3 (0.4 mass%). Such impurities (table, sample 3) degrade all the basic characteristics: transparency, refractive index, transmission region, laser generation.
Пример 4. Готовят маточный раствор катионов солей заданного состава, исходя из формулы (Y1-xPЗЭx)3Al5O12, путем растворения хлоридов или сульфатов требуемых катионов (иттрия, алюминия и редкоземельных металлов) в воде при нагревании, затем упаривают до уменьшения исходного объема в 2 раза (температура раствора 125°С). Отдельно готовят смесь водного раствора аммиака 25% концентрации и кристаллического карбамида из расчета 90 г на 1 л водного раствора аммиака 25% концентрации. Полученный раствор хлоридов или сульфатов требуемых катионов (иттрия, алюминия и редкоземельных металлов) распыляют в смесь водного раствора аммиака 25% концентрации и кристаллического карбамида из расчета 90 г на 1 л водного раствора аммиака 25% концентрации, охлажденный до 0°С. Полученный осадок декантируют в деионизированной воде до рН=7. Образовавшийся прекурсор отжимают на воронке Бюхнера и промывают еще раз на воронке Бюхнера 2-3 раза ацетоном особой чистоты. Влажный осадок высушивают в вакуумном сушильном шкафу при температуре 60-80°С. В результате прокаливания при 1000°С такого прекурсора продукт (кубический алюмоиттриевый гранат) содержит 100 масс. %. (Y1-xPЗЭx)3Al5O12 другие фазы не обнаруживаются (таблица 1, образец 4). Такие образцы обладают хорошим качеством: прозрачность в видимом диапазоне на уровне 70-75%, показатель преломления составляет 1,8169 при 1064 нм, светопропускание в ИК-области спектра 0,7-5,5 мкм не менее 95%, область пропускания вблизи 1 микрона (область лазерной генерации) равна предельному теоретическому.Example 4. Prepare a stock solution of cations of salts of a given composition, based on the formula (Y 1-x REE x ) 3 Al 5 O 12 , by dissolving the chlorides or sulfates of the desired cations (yttrium, aluminum and rare-earth metals) in water when heated, then evaporate to reduce the initial volume by 2 times (solution temperature 125 ° C). Separately, a mixture of an aqueous solution of ammonia of 25% concentration and crystalline urea is prepared at a rate of 90 g per 1 liter of an aqueous solution of ammonia of 25% concentration. The resulting solution of chlorides or sulfates of the required cations (yttrium, aluminum and rare-earth metals) is sprayed into a mixture of an aqueous solution of ammonia of 25% concentration and crystalline urea at the rate of 90 g per 1 liter of an aqueous solution of ammonia of 25% concentration, cooled to 0 ° C. The precipitate obtained is decanted in deionized water to pH = 7. The resulting precursor is squeezed on a Buchner funnel and washed again on a Buchner funnel 2-3 times with high-purity acetone. The wet cake is dried in a vacuum oven at a temperature of 60-80 ° C. As a result of calcination at 1000 ° C of such a precursor, the product (cubic yttrium aluminum garnet) contains 100 mass. % (Y 1-x REE x ) 3 Al 5 O 12 other phases are not detected (table 1, sample 4). Such samples have good quality: transparency in the visible range at the level of 70-75%, the refractive index is 1.8169 at 1064 nm, the transmittance in the infrared region of the spectrum is 0.7-5.5 μm at least 95%, the transmission region is near 1 micron (laser generation region) is equal to the theoretical limit.
Пример 5. Готовят маточный раствор катионов солей заданного состава, исходя из формулы (Y1-xPЗЭx)3Al5O12, путем растворения хлоридов или сульфатов требуемых катионов (иттрия, алюминия и редкоземельных металлов) в воде при нагревании, затем упаривают до уменьшения исходного объема в 2 раза (температура раствора 125°С). Отдельно готовят смесь водного раствора аммиака 25% концентрации и кристаллического карбамида из расчета 100 г на 1 л водного раствора аммиака 25% концентрации. Полученный раствор хлоридов или сульфатов требуемых катионов (иттрия, алюминия и редкоземельных металлов) распыляют в смесь водного раствора аммиака 25% концентрации и кристаллического карбамида из расчета 100 г на 1 л водного раствора аммиака 25% концентрации, охлажденный до 0°С. Полученный осадок декантируют в деионизированной воде до рН=7. Образовавшийся прекурсор отжимают на воронке Бюхнера и промывают еще раз на воронке Бюхнера 2-3 раза ацетоном особой чистоты. Влажный осадок высушивают в вакуумном сушильном шкафу при температуре 60-80°С. В результате прокаливания при 1000°С такого прекурсора продукт (кубический алюмоиттриевый гранат) содержит 100 масс. %. (Y1-xPЗЭx)3Al5O12, другие фазы не обнаруживаются (таблица 1, образец 5). Такие образцы обладают хорошим качеством: прозрачность в видимом диапазоне на уровне 80-85%, показатель преломления составляет 1,8169 при 1064 нм, светопропускание в ИК-области спектра 0,7-5,5 мкм не менее 95%, область пропускания вблизи 1 микрона (область лазерной генерации) равна предельному теоретическому.Example 5. Prepare a stock solution of cations of salts of a given composition, based on the formula (Y 1-x REE x ) 3 Al 5 O 12 , by dissolving the chlorides or sulfates of the desired cations (yttrium, aluminum and rare-earth metals) in water when heated, then evaporate to reduce the initial volume by 2 times (solution temperature 125 ° C). Separately, a mixture of an aqueous solution of ammonia of 25% concentration and crystalline urea is prepared at the rate of 100 g per 1 liter of an aqueous solution of ammonia of 25% concentration. The resulting solution of chlorides or sulfates of the required cations (yttrium, aluminum and rare-earth metals) is sprayed into a mixture of an aqueous solution of ammonia of 25% concentration and crystalline urea at the rate of 100 g per 1 liter of an aqueous solution of ammonia of 25% concentration, cooled to 0 ° C. The precipitate obtained is decanted in deionized water to pH = 7. The resulting precursor is squeezed on a Buchner funnel and washed again on a Buchner funnel 2-3 times with high-purity acetone. The wet cake is dried in a vacuum oven at a temperature of 60-80 ° C. As a result of calcination at 1000 ° C of such a precursor, the product (cubic yttrium aluminum garnet) contains 100 mass. % (Y 1-x REE x ) 3 Al 5 O 12 , other phases are not detected (table 1, sample 5). Such samples have good quality: transparency in the visible range at the level of 80-85%, the refractive index is 1.8169 at 1064 nm, the transmittance in the infrared region of the spectrum is 0.7-5.5 μm at least 95%, the transmission region is near 1 micron (laser generation region) is equal to the theoretical limit.
Таким образом, заявленный способ получения высокостехиометричных наноразмерных порошков прекурсора является достаточно простым, в результате его использования не происходит вымывания катионов алюминия, исчезают другие примесные фазы, которые резко ухудшают все основные характеристики: прозрачность, показатель преломления, область пропускания, лазерная генерация.Thus, the claimed method for producing highly stoichiometric nanoscale precursor powders is quite simple, as a result of its use, aluminum cations are not washed out, other impurity phases disappear, which sharply worsen all the main characteristics: transparency, refractive index, transmission region, and laser generation.
Сопоставительный анализ заявляемого изобретения показал, что совокупность существенных признаков заявленного способа получения высокостехиометричных наноразмерных порошков прекурсора не известна из уровня техники и соответствует условию патентоспособности «Новизна».A comparative analysis of the claimed invention showed that the set of essential features of the claimed method for producing highly stoichiometric nanoscale precursor powders is not known from the prior art and meets the patentability condition “Novelty”.
В уровне техники не было выявлено признаков, совпадающих с отличительными признаками заявленного изобретения и влияющих на достижение заявленного технического результата, поэтому заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».In the prior art there were no signs that coincided with the distinguishing features of the claimed invention and affecting the achievement of the claimed technical result, therefore, the claimed invention meets the patentability condition "inventive step".
Приведенные сведения подтверждают возможность применения заявленного способа для получения высокостехиометричных наноразмерных порошков прекурсора на основе иттрий-алюминиевого граната с оксидами редкоземельных элементов, может быть использован в химической промышленности и поэтому соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».The above information confirms the possibility of using the claimed method to obtain highly stoichiometric nanoscale precursor powders based on yttrium-aluminum garnet with rare earth oxides, can be used in the chemical industry and therefore meets the patentability condition “industrial applicability”.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018128752A RU2707840C1 (en) | 2018-08-07 | 2018-08-07 | Method of producing highly stoichiometric nano-sized precursor for synthesis of solid solutions of yttrium-aluminium garnet with rare-earth element oxides |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018128752A RU2707840C1 (en) | 2018-08-07 | 2018-08-07 | Method of producing highly stoichiometric nano-sized precursor for synthesis of solid solutions of yttrium-aluminium garnet with rare-earth element oxides |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2707840C1 true RU2707840C1 (en) | 2019-11-29 |
Family
ID=68836206
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018128752A RU2707840C1 (en) | 2018-08-07 | 2018-08-07 | Method of producing highly stoichiometric nano-sized precursor for synthesis of solid solutions of yttrium-aluminium garnet with rare-earth element oxides |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2707840C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2761324C1 (en) * | 2021-03-15 | 2021-12-07 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова Российской академии наук (ИХС РАН) | Method for producing a nanopowder of yttrium aluminium garnet |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0889005B1 (en) * | 1997-07-02 | 2001-11-14 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Yttrium oxide-aluminum oxide composite particles and method for the preparation thereof |
US7691765B2 (en) * | 2005-03-31 | 2010-04-06 | Fujifilm Corporation | Translucent material and manufacturing method of the same |
CN102030352A (en) * | 2010-10-25 | 2011-04-27 | 湘潭大学 | Method for preparing nano material |
US8173084B2 (en) * | 2008-12-18 | 2012-05-08 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Yb:Y2O3 ceramic powders |
RU2503754C1 (en) * | 2012-08-06 | 2014-01-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Химических Реактивов И Особо Чистых Химических Веществ" Министерства Образования И Науки Российской Федерации | Method of producing yttrium aluminium garnet alloyed with rare earth elements |
RU2538585C2 (en) * | 2012-08-31 | 2015-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Инновационные Технологии Синтеза" | Method of obtaining nanodisperse metal oxides |
-
2018
- 2018-08-07 RU RU2018128752A patent/RU2707840C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0889005B1 (en) * | 1997-07-02 | 2001-11-14 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Yttrium oxide-aluminum oxide composite particles and method for the preparation thereof |
US7691765B2 (en) * | 2005-03-31 | 2010-04-06 | Fujifilm Corporation | Translucent material and manufacturing method of the same |
US8173084B2 (en) * | 2008-12-18 | 2012-05-08 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Yb:Y2O3 ceramic powders |
CN102030352A (en) * | 2010-10-25 | 2011-04-27 | 湘潭大学 | Method for preparing nano material |
RU2503754C1 (en) * | 2012-08-06 | 2014-01-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Химических Реактивов И Особо Чистых Химических Веществ" Министерства Образования И Науки Российской Федерации | Method of producing yttrium aluminium garnet alloyed with rare earth elements |
RU2538585C2 (en) * | 2012-08-31 | 2015-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Инновационные Технологии Синтеза" | Method of obtaining nanodisperse metal oxides |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2761324C1 (en) * | 2021-03-15 | 2021-12-07 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова Российской академии наук (ИХС РАН) | Method for producing a nanopowder of yttrium aluminium garnet |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Li et al. | Co-precipitation synthesis route to yttrium aluminum garnet (YAG) transparent ceramics | |
US5470503A (en) | Granular rare earth phosphates having characteristic morphology | |
RU2689721C1 (en) | Method of producing high-stoichiometric nano-sized materials based on yttrium-aluminum garnet with rare-earth element oxides | |
CN100562496C (en) | High apparent density, low specific surface area RE oxide powder and preparation method thereof | |
Rahmani et al. | A comparative study of synthesis and spark plasma sintering of YAG nano powders by different co-precipitation methods | |
Jing et al. | High efficiency synthesis of Nd: YAG powder by a spray co-precipitation method for transparent ceramics | |
JP2006240928A (en) | Zirconia fine powder and method of manufacturing the same | |
RU2699500C1 (en) | Method of obtaining low-agglomerated high-stoichiometric nano-sized precursor powder based on yttrium-aluminum garnet with cations of rare-earth elements | |
Rahmani et al. | The effects of pH and excess Al3+ content on the microstructure and phase evolution of YAG polycrystals | |
RU2349550C2 (en) | Method of preparing zirconium oxides and zirconium based mixed oxides | |
RU2707840C1 (en) | Method of producing highly stoichiometric nano-sized precursor for synthesis of solid solutions of yttrium-aluminium garnet with rare-earth element oxides | |
RU2721548C1 (en) | Complex method of producing low-agglomerated high-stoichiometric nano-sized precursor powders based on yttrium-aluminium garnet with rare-earth element oxides | |
JPH0346407B2 (en) | ||
Rahmani et al. | Comparison of synthesis and spark plasma sintering of YAG nano particles by variation of pH and precipitator agent | |
RU2697562C1 (en) | Method of producing a low-agglomerated nanosized precursor for synthesis of solid solutions of yttrium-aluminum garnet with rare-earth element oxides | |
RU2700074C1 (en) | Method of reducing particle size and degree of agglomeration at stage of initial precursors synthesis when producing yttrium aluminium garnet | |
Song et al. | Synthesis of monodisperse erbium aluminum garnet (EAG) nanoparticles via a microwave method | |
JP3205681B2 (en) | Method for producing zirconia powder | |
Choy et al. | Citrate sol-gel method for the preparation of β/β′'-alumina | |
RU2700062C1 (en) | Method of producing nanostructured powders of solid solutions based on yttrium-aluminum garnet with rare-earth element oxides | |
JPH09315865A (en) | Production of transparent yttrium oxide sintered compact | |
CN104528824B (en) | A kind of produce Zirconium powder and the method for ammonium salt and product simultaneously | |
JP3798482B2 (en) | Method for producing fine yttrium aluminum garnet powder | |
JP4359531B2 (en) | Zirconium-based oxide production method and automobile exhaust gas purification catalyst | |
JP3355655B2 (en) | Method for producing hydrated zirconia gel and zirconia powder |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210728 Effective date: 20210728 |