close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY12461

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2009.10.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 30B 9/00
C 30B 29/10
СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ LnBaCo2O5+x,
ГДЕ Ln - Eu, Gd, Tb, Dy
(21) Номер заявки: a 20071461
(22) 2007.11.28
(43) 2009.06.30
(71) Заявитель: Государственное научнопроизводственное объединение "Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по
материаловедению" (BY)
(72) Авторы: Бычков Георгий Леонидович; Барило Сергей Николаевич;
Ширяев Сергей Витальевич; Шестак Анатолий Сергеевич (BY)
BY 12461 C1 2009.10.30
BY (11) 12461
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научно-производственное объединение "Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси
по материаловедению" (BY)
(56) BYCHKOV G.L. et al. J. of Crystal
Growth, 2005. V. 275. - P. e813-e818.
BARILO S.N. et al. Rev. Adv. Mater.
Sci., 2006. V. 12. - P. 33-45.
TASKIN A.A. et al. Phys. Rev. B, 2005.
V. 71, 134414.
BY a 20060243, 2007.
(57)
Способ выращивания монокристаллов LnBaCo2O5+x, где Ln - Eu, Gd, Tb, Dy, заключающийся в том, что помещают на дно алундового тигля 0,2-0,5 мольных долей оксида
указанного редкоземельного металла, сверху помещают шихту из карбоната бария и оксида кобальта, взятых в мольном соотношении 2:3, нагревают до плавления, повышают температуру на 30 °С и проводят гомогенизацию расплава в течение 3-4 ч, в расплав
опускают алундовый держатель, создают положительный температурный градиент 3-5 °С
вдоль тигля с расплавом, охлаждают расплав со скоростью 0,05 °С/ч в течение 100 ч и извлекают из расплава держатель с выращенными на нем монокристаллами.
Изобретение относится к области выращивания монокристаллов редкоземельных на
основе бария кобальтатов LnBaCo2O5+x (Ln = Eu, Gd, Tb, Dy) и может быть использовано в
электронной промышленности для устройств связи, где используются большие величины
магнитосопротивления.
Известен способ выращивания монокристаллов редкоземельных на основе бария кобальтатов LnBaCo2O5+x (Ln = Eu, Gd, Tb, Dy), заключающийся в плавлении оксидов редкоземельного металла, кобальта и карбоната бария в соотношении 0,2:2:3 с последующим
медленным охлаждением, в результате которого зарождаются и растут монокристаллы [1].
Это способ спонтанной кристаллизации.
Недостатком этого способа являлось то, что выросшие монокристаллы были размеров
не более 5 × 5 × 1 мм3 и они механически извлекались из закристаллизовавшейся смеси.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является
способ получения монокристаллов LnBaCo2O5+x (Ln = Eu, Gd, Tb, Dy), в котором в качестве раствор-расплава используется смесь тех же оксидов РЗМ, СО3О4 и карбоната бария
BY 12461 C1 2009.10.30
ВаСО3 в соотношении 0,2:2:3 [2]. В этом способе используется кристаллодержатель, на
котором растут монокристаллы и который сделан из того же материала, что и тигль. Размеры выросших монокристаллов не превышали 150 мм3.
Недостатком способа прототипа являлось то, что для роста монокристаллов использовалась однородная смесь оксидов редкоземельного металла, кобальта и карбоната бария в
соотношении 0,2:2:3. Не было дополнительной подпитки зародившихся на кристаллодержателе монокристаллов расплавом из оксида РЗМ. Поэтому размеры выросших монокристаллов находились в пределах 150 мм3.
Задачей настоящего изобретения является получение монокристаллов размерами до
300 мм3 и упрощение способа извлечения полученных монокристаллов.
Предложен способ выращивания монокристаллов LnBaCo2O5+x, где Ln = Eu, Gd, Tb,
Dy, заключающийся в том, что помещают на дно алундового тигля 0,2-0,5 мольных долей
оксида указанного редкоземельного металла, сверху помещают шихту из карбоната бария
и оксида кобальта, взятых в мольном соотношении 2:3, нагревают до плавления, повышают температуру на 30 °С и проводят гомогенизацию расплава в течение 3-4 ч, в расплав
опускают алундовый держатель, создают положительный температурный градиент 3-5 °С
вдоль тигля с расплавом, охлаждают расплав со скоростью 0,05 °С/ч в течение 100 ч и извлекают из расплава держатель с выращенными на нем монокристаллами.
Новым является то, что исходную шихту готовят из карбоната бария и оксида кобальта в мольном соотношении соответственно 2:3, на дно тигля помещают 0,2-0,5 мольных
долей оксида РЗМ, сверху помещают приготовленную шихту в указанном соотношении,
нагревают до плавления, гомогенизируют, в расплав опускают алундовый держатель, создают положительный температурный градиент 3-5 °С вдоль держателя с последующим
охлаждением расплава со скоростью 0,05 °С/ч в течение 100 ч и извлечением держателя из
расплава с выращенными на нем монокристаллами.
Сущность способа заключается в том, что получение монокристаллов LnBaCo2O5+x
(Ln = Eu, Gd, Tb, Dy) в соответствии с предлагаемым способом осуществляется следующим образом. Из порошков карбоната бария ВаСО3 и оксида кобальта СО3О4 приготавливают смесь в мольном соотношении соответственно 2:3. Смесь тщательно размалывают в
яшмовой ступке. На дно алундового тигля помещают один из оксидов РЗМ (в мольной
доле 0,2-0,5), а сверху помещают приготовленную шихту из порошков карбоната бария
ВаСО3 и оксида кобальта СО3О4 в соотношении 2:3. Загруженный алундовый тигель помещают в вертикальную электрическую нагревательную печь, включают нагрев со скоростью 100-150 °С/ч, нагревают до температуры 1000 °С, выдерживают при этой
температуре в течение 12 ч для разложения ВаСО3. Далее продолжают нагрев с той же
скоростью до появления расплава, который определяется визуально по появлению на поверхности загруженной смеси металлического блеска. Температура расплава варьировалась в пределах 1190-1250 °С в зависимости от использованного оксида РЗМ. Для
гомогенизации расплава эту температуру повышают на 30 °С и выдерживают в течение 34 ч. После этого в расплав опускался алундовый держатель на глубину нескольких миллиметров. Вдоль раствор-расплава создавали положительный температурный градиент 35 °С с последующим охлаждением раствор-расплава со скоростью 0,05 °С/ч в течение
100 ч. Держатель с выросшими на нем монокристаллами извлекался из раствор-расплава,
помещался на пористый материал, нагревался в термической установке до температуры,
превышающей температуру плавления на 30 °С. При этом остатки раствор-расплава на
монокристаллах расплавлялись и стекали в течение 50 ч в пористый материал.
Размещение оксида РЗМ на дне тигля, где температура выше, чем температура на поверхности раствор-расплава, на 3-5 °С, является очень важным фактором данного изобретения, так как дает возможность оксиду РЗМ, растворившись внизу, переместиться в
верхнюю часть расплава, где происходит зарождение и последующий рост кристаллов на
держателе.
2
BY 12461 C1 2009.10.30
Общими признаками предлагаемого способа и способа-прототипа являются:
1. Выращивание монокристаллов редкоземельных на основе бария кобальтатов
LnBaCo2O5+x (Ln = Eu, Gd, Tb, Dy).
2. Использование метода раствора в расплаве.
3. Размол шихты.
4. Разложение карбоната бария при температуре 1000 °С в течение 12 ч.
5. Нагревание до появления расплава и повышение температуры расплава на 30 °С.
6. Гомогенизация расплава в течение 3-4 часов.
7. Охлаждение расплава со скоростью 0,1-0,5 °С/ч.
8. Создание положительного температурного градиента вдоль держателя.
Отличительными признаками предлагаемого способа и способа-прототипа являются:
1. Используется неоднородная исходная шихта, при этом увеличивается мольная доля
оксида РЗМ до значения 0,2-0,5.
2. Оксид РЗМ помещается на дно тигля, сверху помещают шихту из карбоната бария и
оксида кобальта в мольном соотношении соответственно 2:3.
3. Вдоль тигля с раствор-расплавом создается температурный градиент 3-5 °С.
4. В расплав опускают алундовый держатель, который после охлаждения растворрасплава со скоростью 0,05 °С/ч в течение 100 ч извлекается из расплава с выращенными
на нем монокристаллами.
5. Очистка монокристаллов от раствор-расплава путем нагревания при температуре на
30 °С выше температуры плавления.
6. Увеличение размеров монокристаллов до размеров в пределах 300 мм3.
В процессе роста монокристаллов изменялось количество редкоземельного оксида
Ln2O3, температурный интервал роста и размеры выросших монокристаллов. Количество
редкоземельного оксида, температурный интервал роста и размеры выросших монокристаллов даны в таблице.
Температурный
Размеры выросТемпературный ин- Мольная
Номер Оксид
градиент вдоль
тервал роста моно- доля оксида
ши× монокристалп/п РЗМ Ln2O3
растворкристаллов, °С
РЗМ
лов, мм3
расплава
1
Eu2O3
1229-1213
0,3
4
7×7×4
8×7×3
9×7×3
10 × 8 × 3
10 × 8 × 2
2
Gd2O3
1237-1221
0,2
5
9×8×3
11 × 8 × 3
10 × 8 × 2
3
Tb2O3
1246-1222
0,5
3
8×8×3
9×7×3
10 × 8 × 2
4
Dy2O3
1237-1217
0,24
3
9×7×3
9×8×3
5
Gd2O3
1237-1221
0,2
2
1 × 1 × 0,5
6
Gd2O3
1237-1221
0,2
7
5×5×1
нет кристаллиза7
Eu2O3
1229-1213
0,3
2
ции
Когда температурный градиент вдоль тигля с раствор-расплавом, в который входил
оксид гадолиния, Gd2O3, составлял 2 °С (таблица, пример 5), монокристаллы росли плохо.
3
BY 12461 C1 2009.10.30
Когда температурный градиент вдоль тигля с раствор-расплавом, в который входил оксид
гадолиния, Gd2O3, составлял 7 °С (таблица, пример 6), монокристаллы росли мелкие из-за
спонтанной кристаллизации. Когда температурный градиент вдоль тигля с растворрасплавом, в который входил оксид европия, Eu2О3, составлял 2 °С (таблица, пример 7),
монокристаллы вообще не росли. И только когда температурный градиент вдоль тигля с
раствор-расплавом составлял величину 3-5 °С, росли монокристаллы, размеры которых
превышали величину 150 мм3, как у прототипа.
Размещение оксида РЗМ на дне тигля, где температура выше, чем температура на поверхности раствор-расплава, на 3-5 °С, дает возможность оксиду РЗМ, растворившись
внизу, переместиться в верхнюю часть расплава, где происходит зарождение и последующий рост кристаллов на держателе.
Таким образом впервые удалось вырастить крупные монокристаллы (в пределах
300 мм3) редкоземельных на основе бария кобальтитов LnBaCo2O5+x (Ln = Eu, Gd, Tb, Dy).
Источники информации:
1. Bychkov G.L., Barilo S.N., Shiryaev S.V., Sheptyakov D.V., Ustinovich S.N., Podlesnyak A.,
Baaran M., Szymczak R., Furrer A. Primary crystallization fields, growth features and properties
of rare earth and barium-based cobaltates. - J. of Crystal Growth 275, 2005. - P. 813-818.
2. Barilo S.N., Shiryaev S.V., Bychkov G.L., Shestak A.S., Zhou Z.X., Hinkov V., Plakhty,
Chernenkov Yu. P., Gavrilov S.V., Baaran M., Szymczak R., Sheptyakov D.V., and Szymczak H.
Crystal growth and giant magnetoresistance of rare earth layered cobaltites. - Rev. Adv. Mfter.
Sci.12, 2006. - P. 33-45.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
82 Кб
Теги
by12461, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа