close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY11640

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2009.02.28
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 01B 35/00
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИБОРИДОВ
РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
(21) Номер заявки: a 20071619
(22) 2007.12.27
(71) Заявитель: Государственное научнопроизводственное объединение "Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по
материаловедению" (BY)
(72) Авторы: Урбанович Владимир Степанович (BY); Матовников Александр Вячеславович (RU); Новиков
Владимир Васильевич (RU)
BY 11640 C1 2009.02.28
BY (11) 11640
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научно-производственное объединение "Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси
по материаловедению" (BY)
(56) CANNON J. F. et al. Journal of the LessCommon Metals, 1977. V. 56. - P. 83-90.
Состав, получение и применение тугоплавких соединений: Справочник. - М.:
Металлургия, 1986. - C. 819-824.
МАТОВНИКОВ А.В. и др. ФТТ-2005.
Актуальные проблемы физики твердого тела: Сб. докл. Международной научной конференции. - Мн.: Издательский центр БГУ, 2005. Т. 1. - C. 352354.
BY 8417 C1, 2006.
JP 62-217489 A, 1987.
(57)
Способ получения диборидов редкоземельных элементов, включающий формование
заготовки из смеси порошков редкоземельного металла и бора, взятых в стехиометрическом соотношении, и синтез при высоких температуре и давлении, отличающийся тем,
что синтез проводят при температуре 1300-1400 °С и давлении 3,5-6,0 ГПа в течение
5-30 мин с последующим гомогенизирующим отжигом в среде инертного газа при температуре 1250-1350 °С и атмосферном давлении в течение 1,5-5,0 ч.
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к технологии
изготовления диборидов редкоземельных элементов, используемых, например, в электронной технике, в конструкции электронных микроскопов, оже-спектрометров и микроанализаторов.
Известен способ [1] получения диборидов редкоземельных элементов путем синтеза
из стехиометрической навески металла и бора при температуре 1300 °С в течение 72 ч в
среде аргона.
Недостатком известного способа является низкая чистота получения соединения. Синтезированный образец содержит фазы тетраборида металла, оксида металла и чистого металла. При этом их суммарное процентное содержание достигает от 17 до 32 %.
BY 11640 C1 2009.02.28
Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является
способ [2] получения диборида редкоземельного металла, включающий приготовление
стехиометрической навески металла и бора, которая помещается в ячейку из BN, синтез
под высоким давлением 6,5 ГПа при температуре 1140-1240 °С в течение 75 мин.
Недостатком известного способа является низкая чистота полученного продукта. Наряду с диборидной фазой в синтезированных образцах присутствует и фаза нитрида металла. Содержание диборидной фазы составляет всего 17-32 %.
Задачей настоящего изобретения является улучшение качества получаемого материала
за счет повышения его чистоты и содержания диборидной фазы.
Поставленная задача решается тем, что в способе получения диборидов редкоземельных элементов, включающем формование заготовки из смеси порошков редкоземельного
металла и бора, взятых в стехиометрическом соотношении, и синтез при высоких температуре и давлении, синтез проводят при температуре 1300-1400 °С и давлении 3,5-6 ГПа в
течение 5-30 мин с последующим гомогенизирующим отжигом в среде инертного газа при
температуре 1250-1350 °С и атмосферном давлении в течение 1,5-5 ч.
Новым, по мнению авторов, является то, что синтез проводят при температуре 13001400 °С и давлении 3,5-6 ГПа в течение 5-30 мин с последующим гомогенизирующим отжигом в среде инертного газа при температуре 1250-1350 °С и атмосферном давлении в
течение 1,5-5 ч.
Сущность заявляемого технического решения заключается в повышении чистоты получаемого материала за счет более высокого содержания диборида в конечном продукте,
т.е. получении диборида с наименьшим содержанием примесей посторонних фаз.
Однофазные образцы диборидов редкоземельных элементов получаются только при
двухступенчатом синтезе, включающем синтез под высоким давлением и последующий
гомогенизирующий отжиг. При термообработке под высоким давлением смеси бора и
редкоземельного элемента компоненты смеси не полностью взаимодействуют друг с другом. Поэтому после синтеза под высоким давлением полученные образцы содержат диборид и тетраборид металла и свободный металл. В процессе гомогенизирующего отжига не
прореагировавший металл взаимодействует с тетраборидом с образованием диборида.
При температуре синтеза под высоким давлением менее 1300 °С и времени обработки
менее 5 мин синтез диборидов не происходит.
При температуре синтеза под высоким давлением более 1400 °С и выдержке более
30 мин происходит взаимодействие металла с нитридом бора. Поэтому растет количество
тетраборидной фазы и уменьшается количество диборидной фазы.
При давлениях менее 3,5 ГПа содержание диборидной фазы незначительно.
При давлениях более 6 ГПа образуется нитрид металла, препятствующий образованию
диборидной фазы.
При температуре гомогенизирующего отжига менее 1250 °С гомогенизации не происходит. При температуре отжига более 1350 °С в составе продукта преобладает тетраборидная фаза.
При длительности гомогенизирующего отжига менее 1,5 ч реакция проходит не до
конца. Этого времени недостаточно, чтобы весь металл прореагировал с тетраборидом.
Увеличение продолжительности отжига более 5 ч нецелесообразно, поскольку при
этом не достигается повышение содержания диборида в конечном продукте, а только возрастают энергетические затраты.
Пример выполнения способа. Исходные порошки лантаноидов чистотой 99,95 % механически размельчались, просеивались через сито с размером ячеек 0,25 мм и смешивались с элементарным бором чистотой 99,9 % в стехиометрическом соотношении. Из
полученных смесей под давлением 0,5-1 ГПа прессовались цилиндрические заготовки
диаметром 8-10 мм и высотой 5 мм, которые затем помещались в оболочку из графитопо2
BY 11640 C1 2009.02.28
добного нитрида бора, устанавливались внутрь составного графитового нагревателя, выполненного из двух чашеобразных элементов. Сборку располагали в осевом отверстии
контейнера из литографского камня. Синтез осуществлялся в устройстве высокого давления типа наковальни с углублениями при давлении 3,5 ГПа, температуре 1400 °С и времени выдержки 10 мин. Рентгеноструктурный анализ проводился на установке ДРОН-2, в
Fe-Кα излучении. Полученные рентгенограммы сравнивались с базой данных международной картотеки ASTM.
На фигуре представлены рентгенограммы образцов диборида тиберия ТbВ2, полученных после синтеза при давлении Р = 3,5 ГПа, температуре t = 1400°C и времени выдержки
τ = 10 мин (фиг. (а)) и после гомогенизирующего отжига в среде инертного газа аргона
при температуре 1250 °С в течение 2,5 ч (фиг. (б)).
Вид рентгенограмм всех образцов боридов после синтеза под высоким давлением
практически одинаков (фиг. (а)). Примерно одинаковым для всех образцов боридов редкоземельных элементов оказалось и содержание фаз: 1 - Ме, 2 - МеВ2, 3 - Ме2О3, 4 - МеВ4,
составляющее соответственно 27 %, 54 %, 5,4 % и 13,5 % (фиг. (а)).
Для уменьшения содержания посторонних фаз образцы после синтеза под высоким
давлением были подвергнуты дополнительному гомогенизирующему отжигу в среде аргона при температуре 1250 °С в течение 2,5 ч. Как видно из фиг. (б) для образца ТbВ2, в
результате дополнительного отжига наблюдается заметное уменьшение интенсивностей
рефлексов тетраборидной, оксидной и металлической фаз при сужении и увеличении амплитуды рефлексов фазы ТbВ2. Аналогичные изменения фазового состава после отжига
наблюдались и для следующих диборидов: SmB2, GdB2, DyB2, HoB2, ErB2, TmB2 и LuB2.
Содержание посторонних фаз в указанных диборидах по нашим оценкам не превышает
3 %.
В таблице приведены параметры кристаллической решетки некоторых синтезированных диборидов в сопоставлении с литературными данными [3].
Соединение
ТbВ2
ТmВ2
ЕrВ2
LuB2
Параметры решетки, нм
а
0,329861
0,32938 [3]
0,326087
0,3261 [3]
0,3268
0,3271 [3]
0,3241
0,3246 [3]
с
0,387895
0,3886 [3]
0,375285
0,3755 [3]
0,3783
0,3782 [3]
0,3701
0,3704 [3]
Таким образом, разработанный способ синтеза редкоземельных диборидов кратковременным воздействием высоких давлений и последующим отжигом при относительно
невысоких температурах позволяет получать образцы диборидов самария, иттербия, диспрозия, гольмия, тербия, эрбия, тулия и лютеция с содержанием основной фазы не менее
97 %. Преимуществом заявляемого технического решения по сравнению с известными
является повышение качества получаемого материала за счет повышения его чистоты и
увеличение содержания диборидной фазы более чем в 3 раза.
3
BY 11640 C1 2009.02.28
Источники информации:
1. Avila М.А., Bud'ko S.L., Petrovic C., Ribero R.A., Canfield P.C. Synthesis and Properties
of YbB2. Cond. Mater. V. l, 2002. - P. l.
2. Cannon J.F. at al. J. Less-Common Metals. - 1977. - V. 56. - № 1. - P. 83-90.
3. Состав, получение и применение тугоплавких соединений: Справочник / Под ред.
Косолаповой Т.А. М.: Металлургия, 1986. - С. 928.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
126 Кб
Теги
патент, by11640
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа