СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОРАЗМЕРНОГО ПОРОШКА СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКА Российский патент 2009 года по МПК C01G23/00 C01G25/00 C01G33/00 C01G35/00 B82B1/00 H01L41/187 

Изобретение относится к химической технологии неорганических материалов, в частности к способам синтеза наноразмерных порошков метатитанатов, цирконатов, танталатов и ниобатов одно и двухвалентных металлов, а также фосфата титанила и щелочного металла в водных суспензиях и может быть использовано при получении сегнетоэлектрической керамики для электронной техники.

При получении высококачественной сегнетоэлектрической керамики на основе метатитанатов, цирконатов, танталатов и ниобатов одно и двухвалентных металлов необходимо использование наноразмерных монофазных кристаллических порошков сложных оксидов стехиометрического состава и заданных узких гранулометрических классов. Такие порошки необходимы, например, для производства многослойных керамических конденсаторов, тонкопленочных варисторов и позисторов, других компонентов электронной техники. При этом необходимо обеспечить изготовление ультратонких керамических слоев толщиной менее 3 мкм с совершенной структурой и высокими электрическими характеристиками. Качество изделий в первую очередь определяется исходными свойствами порошков, в частности размером частиц и связанной с этим поверхностной активностью. Использование наноразмерных порошков с одинаковым размером зерен позволяет получить керамику наилучшего качества с точки зрения ее электрических и механических свойств.

Известен способ получения наноразмерного порошка сегнетоэлектрика (см. патент США №6264912, МПК⁷ С01G 23/00, 25/00, 27/00; C22B 34/10, 2001), преимущественно титаната бария, включающий обработку раствора тетрахлорида титана стеариновым диспергатором в виде гидроксипропилцеллюлозы и изопропиловым спиртом при рН не более 5 и нагревании до 100°С в течение 24 ч. В результате термогидролиза из эмульсии выделяется мелкодисперсный диоксид титана с образованием суспензии. После охлаждения суспензии ее нейтрализуют аммиаком до нейтральной реакции, отделяют осадок диоксида титана и тщательно промывают деионизированной водой для отделения хлор-иона и других примесей. Затем осадок диоксида титана суспендируют в деионизированной воде, вводят гидроксид бария в эквивалентном количестве и выдерживают при 100°С в течение 24 ч, обеспечивая величину рН 10-12 введением гидроксида калия. Полученную суспензию обрабатывают муравьиной кислотой для удаления сопутствующей фазы карбоната бария, охлаждают до комнатной температуры, отделяют прекурсор титаната бария центрифугированием и промывают деионизированной водой с последующей термообработкой при 100°С с получением порошка титаната бария.

Недостатком известного способа является то, что получаемый титанат бария содержит значительное количество органических компонентов, что исключает его использование в производстве керамических изделий без предварительной термообработки при повышенной (не менее 500°С) температуре. Получаемый прекурсор титаната бария будет иметь отклонение от стехиометрии по причине вымывания бария в процессе обработки суспензии муравьиной кислотой, что ухудшает электрофизические свойства порошка титаната бария. Высушенный на воздухе порошок титаната бария содержит кристаллизационную воду и следы используемых органических реагентов, которые могут быть удалены лишь термообработкой при высоких температурах, что примерно на порядок (до 200-400 нм) увеличит размеры кристаллов получаемого порошка ВаТiO₃ и частично восстанавливает титан (IV) до титан (III). Кроме того, данный способ не предусматривает возможности регулирования крупности получаемых порошков.

Известен также способ получения наноразмерного порошка сегнетоэлектрика (см. Иваненко В.И., Локшин Э.П., Громов О.Г. и др. Синтез микро- и наноразмерных порошков метаниобатов и метатанталатов щелочных металлов // Неорганические материалы, 2007. - т.43, №6. - с.753-761), включающий гидролиз соединения ниобия или тантала при перемешивании путем введения его в раствор гидроксида аммония, взятого в количестве, обеспечивающем рН раствора 12, с получением осадка гидратированного ниобата или танталата аммония. В качестве соединения титана используют его фторидное или хлоридное соединение. Образовавшийся осадок ниобата или танталата аммония отделяют и промывают раствором гидроксида аммония с концентрацией не менее 5%. Промытый осадок суспендируют в воде, в полученную суспензию вводят водорастворимое соединение гидроксида, нитрата или хлорида щелочного металла, в качестве которого используют литий, натрий, калий. Соединение щелочного металла вводят в суспензию при температуре 95-100°С и рН 7-12, обеспечивающих образование метаниобата или метатанталата щелочного металла с соотношением M:Nb(Ta)=1(М-Li, Na, К). Полученный порошок сегнетоэлектрика отделяют, промывают и сушат.

Недостатком известного способа является то, что при синтезе наноразмерных монофазных порошков стехиометрического состава способ не предусматривает регулирования крупности частиц сегнетоэлектриков с получением порошков заданного узкого гранулометрического класса.

Настоящее изобретение направленно на достижение технического результата, заключающегося в обеспечении возможности регулирования крупности частиц получаемых наноразмерных порошков сегнетоэлектриков узких гранулометрических классов при сохранении монофазности и стехиометрического состава синтезируемых порошков.

Технический результат достигается тем, что в способе получения наноразмерного порошка сегнетоэлектрика, включающем гидролиз соединения редкого металла при перемешивании с образованием осадка редкого металла, отделение осадка, его суспендирование, введение в суспензию соединения щелочного металла при заданном рН и нагревании, формирование порошка сегнетоэлектрика, содержащего редкий металл, отделение порошка, его промывку и сушку, согласно изобретению, в суспензию вводят соединение щелочного или двухвалентного металла при рН 5,5-13,0, а перед отделением сформированного порошка сегнетоэлектрика суспензию перемешивают при числе критерия Рейнольдса (8-20)·10⁴ в течение не менее 15 мин.

Технический результат достигается также тем, что в качестве соединения редкого металла берут соединение титана или циркония в виде фторида, хлорида, нитрата, сульфата или фосфата.

Технический результат достигается также и тем, что в качестве соединения редкого металла берут соединение тантала или ниобия в виде фторида, хлорида, нитрата или сульфата.

Технический результат достигается и тем, что в качестве соединения двухвалентного металла берут соединение бария, стронция или свинца, при этом соединение бария или стронция берут в виде гидроксида, хлорида или нитрата, а соединение свинца - в виде нитрата.

На достижение технического результата направлено то, что в качестве соединения щелочного металла берут соединение лития, натрия или калия в виде гидроксида, хлорида, нитрата или сульфата.

На достижение технического результата направлено также то, что соединение щелочного или двухвалентного металла вводят в суспензию при температуре 70-95°С.

На достижение технического результата направлено также и то, что сушку промытого порошка сегнетоэлектрика ведут при температуре 40-95°С.

Сущность настоящего изобретения заключается в проведении процесса при таких условиях, которые обеспечивают возможность управления крупностью частиц наноразмерных порошков сегнетоэлектриков с получением порошков узких гранулометрических классов. Это достигается за счет создания определенного рН суспензии при введении в нее соединения щелочного или двухвалентного металла и проведения гидродинамической обработки путем интенсивного перемешивания водной суспензии перед отделением порошка сегнетоэлектрика.

Известно, что зерна сегнетоэлектриков, из которых состоят более крупные агрегированные частицы, монодоменны и спонтанно поляризованы. Авторами установлено, что при механическом взаимодействии разноименно заряженных поверхностей монодоменных зерен происходит их слипание с образованием более крупных частиц-агломератов, сохраняющих на поверхности нескомпенсированный заряд и обладающих способностью к дальнейшему укрупнению. Образующиеся агломераты остаются спонтанно поляризованными и по мере увеличения размеров их способность удерживать присоединяющиеся заряженные частицы возрастает. Слипание зерен по граням, являющимися носителями заряда, определяет высокую степень сохранения структурной упорядоченности образующихся агломератов. Отсутствие спонтанной агломерации частиц порошка при низкой интенсивности перемешивания связано с наличием на заряженных поверхностях зерен ориентированных гидратных слоев, заряд которых в свою очередь скомпенсирован ионами жидкой фазы суспензии. Интенсивное перемешивание суспензии уменьшает толщину пограничного слоя, препятствующего коагуляции монодоменных зерен под действием их поверхностных электростатических зарядов. В то же время столкновение частиц может приводить к их разрушению с образованием более мелких обломков или первичных зерен. Поскольку скорость налипания мелких частиц на крупные в 400-500 раз больше скорости слипания мелких частиц друг с другом, то получаемые наноразмерные порошки не содержат более мелких частиц.

Существенные признаки заявленного изобретения, определяющие объем правовой охраны и достаточные для получения вышеуказанного технического результата, выполняют функции и соотносятся с результатом следующим образом.

Введение в суспензию соединения щелочного или двухвалентного металла при рН 5,5-13,0 обеспечивает образование прекурсора с необходимым соотношением содержания щелочного или двухвалентного металла к редкому металлу и препятствует протеканию процессов оляции и оксоляции, т.е. объединению оксогидроксокомплексов через гидроксогруппы с образованием полиядерных форм редкого металла с мостиковыми оксолигандами, что нарушает стехиометрию синтезируемых соединений. При этом гидратированная форма прекурсора обеспечивает высокую степень гомогенизации компонентов в твердой фазе суспензии. При введении соединения щелочного или двухвалентного металла при рН менее 5,5 будет происходить замещение катионов щелочного или двухвалентного металла ионами водорода с образованием в прекурсоре гидроксогрупп, что приводит к нарушению стехиометрии синтезируемого порошка. При рН более 13 будет происходить образование ортосоединений редких металлов, что нежелательно.

Перемешивание суспензии перед отделением сформированного порошка сегнетоэлектрика при числе критерия Рейнольдса (8-20)·10⁴ обеспечивает регулирование крупности наноразмерных частиц путем их равномерного укрупнения. Такое укрупнение частиц связано с процессом агломерации значительно более мелких наноразмерных зерен под действием электростатического притяжения, возникающего из-за наличия потенциалов на поверхности исходных монодоменных зерен. Перемешивание суспензии при числах Рейнольдса менее 8·10⁴ не приводит к изменению крупности монодоменных зерен, а перемешивание при числах Рейнольдса более 20·10⁴ нежелательно по причине сложности регулирования крупности частиц получаемых наноразмерных порошков. Перемешивание суспензии предпочтительно проводить с использованием лопастной или турбинной мешалки.

Продолжительность интенсивного перемешивания суспензии не менее 15 мин обусловлена тем, что по истечении этого времени достигается существенное увеличение крупности наноразмерных частиц порошков синтезируемого класса материалов.

Совокупность вышеуказанных признаков необходима и достаточна для достижения технического результата изобретения, заключающегося в обеспечении возможности регулирования крупности частиц получаемых наноразмерных порошков сегнетоэлектриков узких гранулометрических классов при сохранении монофазности и стехиометрического состава синтезируемых порошков.

В частных случаях осуществления изобретения предпочтительны следующие конкретные операции и режимные параметры.

Выбор титана или циркония и тантала или ниобия в качестве редкого металла обусловлен тем, что сложные оксиды на основе этих металлов проявляют сегнетоэлектрические свойства. Использование фторидного, хлоридного, нитратного, сульфатного или фосфатного соединения титана или циркония, с одной стороны, и фторидного, хлоридного, нитратного или сульфатного соединения тантала или ниобия, с другой стороны, обусловлено возможностью получения соединений этих металлов в виде особочистых веществ, их полного гидролиза и отмывки гидролизного осадка от кислотного аниона.

Выбор лития, натрия или калия в качестве щелочного металла обусловлен как необходимостью достижения требуемого качественного макросостава синтезируемых соединений, так и обеспечением достаточно легкой корректировки состава прекурсора при получении целевого продукта. Использование гидроксида, хлорида, нитрата или сульфата этих щелочных металлов обусловлено возможностью создания высокого солевого фона жидкой фазы суспензии и, как следствие, высокой концентрации катионов щелочных металлов, обеспечивающей достижение стехиометрии синтезируемых соединений. Анионный фон указанных соединений не оказывает влияния на изменение состава синтезируемых порошков.

Выбор бария, стронция или свинца в качестве двухвалентного металла обусловлен необходимостью достижения требуемого качественного макросостава синтезируемых соединений. Использование соединения бария или стронция в виде гидроксида, хлорида или нитрата обусловлено возможностью создания высокой концентрации катионов двухвалентных металлов, обеспечивающего достижение стехиометрии синтезируемых соединений, в то время как анионный фон указанных соединений не оказывает влияния на изменение состава синтезируемых порошков. Использование соединения свинца в виде нитрата обусловлено его высокой растворимостью по сравнению с гидроксидом или хлоридом свинца.

Введение соединения щелочного или двухвалентного металла в суспензию при температуре 70-95°С способствует дегидратации образующегося прекурсора и спонтанной кристаллизации синтезируемого сегнетоэлектрика с образованием наноразмерных порошков с исходной крупностью частиц, не превышающей 30-40 нм.

Проведение сушки промытого порошка сегнетоэлектрика при 40-95°C обеспечивает получение порошков сегнетоэлектриков требуемого качества при минимальных затратах энергии и времени.

Вышеуказанные частные признаки изобретения позволяют осуществить способ получения наноразмерного порошка сегнетоэлектрика в оптимальном режиме.

Сущность и преимущества заявляемого способа могут быть проиллюстрированы следующими примерами.

Пример 1. Берут 1000 мл раствора фторида титана, содержащего 1,66 моль/л титана и 9,94 моль/л фторид-иона, вводят его при перемешивании с использованием лопастной мешалки в водный раствор аммиака с концентрацией 21 мас.% и осуществляют гидролиз фторида титана при рН 13 с образованием осадка гидратированного титаната аммония. Осадок титаната аммония отделяют фильтрацией и промывают 5%-ным раствором гидроксида аммония до отсутствия фторид-ионов в промывных водах. Промытый осадок суспендируют, вводят в суспензию при рН 13 и температуре 70°С соединение двухвалентного металла в виде хлорида бария с формированием порошка метатитаната бария. Суспензию, содержащую порошок метатитаната бария, подвергают интенсивному перемешиванию с использованием лопастной мешалки при скорости вращения мешалки 1850 об/мин, соответствующей значению критерия Рейнольдса 8·10⁴, в течение 20 мин. Сформированный порошок метатитаната бария отделяют фильтрацией, промывают деионизированной водой и сушат при температуре 40°С. По данным рентгенофазового и химического анализов полученный порошок представляет собой монофазный кристаллический метатитанат бария ВаТiO₃ стехиометрического состава. Согласно результатам сканирующей электронной микроскопии и определения величины удельной поверхности методом БЭТ полученный порошок сегнетоэлектрика имеет крупность частиц в узком диапазоне 60-80 нм.

Пример 2. Берут 150 г пентахлорида тантала, вводят его при перемешивании с использованием лопастной мешалки в водный раствор аммиака с концентрацией 21 мас.% и осуществляют гидролиз пентахлорида тантала при рН 12 с образованием осадка гидратированного танталата аммония. Осадок танталата аммония отделяют фильтрацией, суспендируют, вводят в суспензию при рН 8 и температуре 95°С соединение щелочного металла в виде гидроксида лития с формированием порошка метатанталата лития. Суспензию, содержащую порошок метатанталата лития, подвергают интенсивному перемешиванию с использованием лопастной мешалки при скорости вращения мешалки 3250 об/мин, соответствующей значению критерия Рейнольдса 13·10⁴, в течение 27 мин. Сформированный порошок метатанталата лития отделяют фильтрацией, промывают деионизированной водой и сушат при температуре 80°С. По данным рентгенофазового и химического анализов полученный порошок представляет собой монофазный кристаллический метатанталат

лития LiТаО₃ стехиометрического состава. Согласно результатам сканирующей электронной микроскопии и определения величины удельной поверхности методом БЭТ полученный порошок сегнетоэлектрика имеет крупность частиц в узком диапазоне 100-120 нм.

Пример 3. Берут 500 мл раствора хлорида титана, содержащего 0,84 моль/л титана и 11,25 моль/л хлорид-иона, вводят его при перемешивании с использованием лопастной мешалки в водный раствор аммиака с концентрацией 21 мас.% и осуществляют гидролиз хлорида титана при рН 12 с образованием осадка гидратированного титаната аммония. Осадок титаната аммония отделят фильтрацией, суспендируют, вводят в суспензию при рН 12,3 и температуре 84°С соединение двухвалентного металла в виде гидроксида бария с формированием порошка метатитаната бария. Суспензию, содержащую порошок метатитаната бария, подвергают интенсивному перемешиванию с использованием лопастной мешалки при скорости вращения мешалки 4250 об/мин, соответствующей значению критерия Рейнольдса 17·10⁴, в течение 40 мин. Сформированный порошок метатитаната бария отделяют фильтрацией, промывают деионизированной водой и сушат при температуре 95°С. По данным рентгенофазового и химического анализов полученный порошок представляет собой монофазный кристаллический метатитанат бария ВаТiO₃ стехиометрического состава. Согласно результатам сканирующей электронной микроскопии и определения величины удельной поверхности методом БЭТ полученный порошок сегнетоэлектрика имеет крупность частиц в узком диапазоне 180-200 нм.

Пример 4. Берут 700 мл раствора фторида ниобия, содержащего 0,82 моль/л ниобия и 6,24 моль/л фторид-иона, вводят его при перемешивании с использованием лопастной мешалки в водный раствор аммиака с концентрацией 21 мас.% и осуществляют гидролиз фторида ниобия при рН 11 с образованием осадка гидратированного ниобата аммония. Осадок ниобата аммония отделяют фильтрацией и промывают 5%-ным раствором гидроксида аммония до отсутствия фторид-иона в промывных водах. Промытый осадок суспендируют, вводят в суспензию при рН 5,5 и температуре 80°С соединение щелочного металла в виде хлорида лития с формированием порошка метаниобата лития. Суспензию, содержащую порошок метаниобата лития, подвергают интенсивному перемешиванию с использованием лопастной мешалки при скорости вращения мешалки 5000 об/мин, соответствующей значению критерия Рейнольдса 20·10⁴, в течение 15 мин. Сформированный порошок метаниобата лития отделяют фильтрацией, промывают деионизированной водой и сушат при температуре 75°С. По данным рентгенофазового и химического анализов полученный порошок представляет собой монофазный кристаллический метаниобат лития LiNbO₃ стехиометрического состава. Согласно результатам сканирующей электронной микроскопии и определения величины удельной поверхности методом БЭТ полученный порошок сегнетоэлектрика имеет крупность частиц в узком диапазоне 50-60 нм.

Пример 5. Берут 600 мл раствора нитрата циркония, содержащего 0,46 моль/л циркония и 0,92 моль/л нитрат-иона, вводят его при перемешивании с использованием лопастной мешалки в водный раствор аммиака с концентрацией 21 мас.% и осуществляют гидролиз нитрата циркония при рН 13 с образованием осадка гидратированного цирконата аммония. Осадок цирконата аммония отделяют фильтрацией, суспендируют, вводят в суспензию при рН 13 и температуре 90°С соединение двухвалентного металла в виде нитрата стронция с формированием порошка метацирконата стронция. Суспензию, содержащую порошок метацирконата стронция, подвергают интенсивному перемешиванию с использованием лопастной мешалки при скорости вращения мешалки 3000 об/мин, соответствующей значению критерия Рейнольдса 12·10⁴, в течение 85 мин. Сформированный порошок метацирконата стронция отделяют фильтрацией, промывают деионизированной водой и сушат при температуре 65°С. По данным рентгенофазового и химического анализов полученный порошок представляет собой монофазный кристаллический метацирконат стронция SrZrO₃ стехиометрического состава. Согласно результатам сканирующей электронной микроскопии и определения величины удельной поверхности методом БЭТ полученный порошок сегнетоэлектрика имеет крупность частиц в узком диапазоне 380-400 нм.

Пример 6. Берут 500 мл раствора сульфата титана, содержащего 0,52 моль/л титана и 4,54 моль/л сульфат-иона, вводят его при перемешивании с использованием лопастной мешалки в водный раствор аммиака с концентрацией 21 мас.% и осуществляют гидролиз сульфата титана при рН 12 с образованием осадка гидратированного титаната аммония. Осадок титаната аммония отделяют фильтрацией и промывают 5%-ным раствором гидроксида аммония до отсутствия сульфат-иона в промывных водах. Промытый осадок суспендируют, вводят в суспензию при рН 9 и температуре 70°С соединение двухвалентного металла в виде хлорида стронция с формированием порошка метатитаната стронция. Суспензию, содержащую порошок метатитаната стронция, подвергают интенсивному перемешиванию с использованием лопастной мешалки при скорости вращения мешалки 2250 об/мин, соответствующей значению критерия Рейнольдса 9·10⁴, в течение 30 мин. Сформированный порошок метатитаната стронция отделяют фильтрацией, промывают деионизированной водой и сушат при температуре 55°С. По данным рентгенофазового и химического анализов полученный порошок представляет собой монофазный кристаллический метатитанат стронция SrТiO₃ стехиометрического состава. Согласно результатам сканирующей электронной микроскопии и определения величины удельной поверхности методом БЭТ полученный порошок сегнетоэлектрика имеет крупность частиц в узком диапазоне 100-120 нм.

Пример 7. Берут 100 г дигидрофосфата титана, вводят его при перемешивании с использованием лопастной мешалки в водный раствор хлороводородной кислоты с концентрацией 0,3 моль/л и осуществляют гидролиз дигидрофосфата титана при рН 1 с образованием осадка гидратированного гидрофосфата титанила. Осадок гидрофосфата титанила отделяют фильтрацией, суспендируют, вводят в суспензию при рН 5,5 и температуре 80°С соединение щелочного металла в виде сульфата калия с формированием порошка фосфата титанила и калия. Суспензию, содержащую порошок фосфата титанила и калия, подвергают интенсивному перемешиванию с использованием лопастной мешалки при скорости вращения мешалки 2750 об/мин, соответствующей значению критерия Рейнольдса 11·10⁴, в течение 40 мин. Сформированный порошок фосфата титанила и калия отделяют фильтрацией, промывают деионизированной водой и сушат при температуре 70°С. По данным рентгенофазового и химического анализов полученный порошок представляет собой монофазный кристаллический фосфат титанила и калия KTiOPO₄ стехиометрического состава. Согласно результатам сканирующей электронной микроскопии и определения величины удельной поверхности методом БЭТ полученный порошок сегнетоэлектрика имеет крупность частиц в узком диапазоне 170-190 нм.

Пример 8. Берут 800 мл раствора сульфата титана, содержащего 0,78 моль/л титана и 3,21 моль/л сульфат-иона, вводят его при перемешивании с использованием лопастной мешалки в водный раствор аммиака с концентрацией 21 мас.% и осуществляют гидролиз сульфата титана при рН 13 с образованием осадка гидратированного титаната аммония. Осадок титаната аммония отделяют фильтрацией и промывают 5%-ным раствором гидроксида аммония до отсутствия сульфат-иона в промывных водах. Промытый осадок суспендируют, вводят в суспензию при рН 11,7 и температуре 95°С соединение двухвалентного металла в виде нитрата свинца с формированием порошка метатитаната свинца. Суспензию, содержащую порошок метатитаната свинца, подвергают интенсивному перемешиванию с использованием лопастной мешалки при скорости вращения мешалки 1900 об/мин, соответствующей значению критерия Рейнольдса 8·10⁴, в течение 90 мин. Сформированный порошок метатитаната свинца отделяют фильтрацией, промывают деионизированной водой и сушат при температуре 90°С. По данным рентгенофазового и химического анализов полученный порошок представляет собой монофазный кристаллический метатитанат свинца PbТiO₃ стехиометрического состава. Согласно результатам сканирующей электронной микроскопии и определения величины удельной поверхности методом БЭТ полученный порошок сегнетоэлектрика имеет крупность частиц в узком диапазоне 420-440 нм.

Пример 9. Берут 600 мл раствора хлорида циркония, содержащего 0,52 моль/л циркония и 1,64 моль/л хлорид-иона, вводят его при перемешивании с использованием лопастной мешалки в водный раствор аммиака с концентрацией 21 мас.% и осуществляют гидролиз хлорида циркония при рН 13 с образованием осадка гидратированного цирконата аммония. Осадок цирконата аммония отделят фильтрацией, суспендируют, вводят в суспензию при рН 13 и температуре 84°С соединение двухвалентного металла в виде гидроксида стронция с формированием порошка метацирконата стронция. Суспензию, содержащую порошок метацирконата стронция, подвергают интенсивному перемешиванию с использованием лопастной мешалки при скорости вращения мешалки 3500 об/мин, соответствующей значению критерия Рейнольдса 14·10⁴, в течение 50 мин. Сформированный порошок метацирконата стронция отделяют фильтрацией, промывают деионизированной водой и сушат при температуре 45°С. По данным рентгенофазового и химического анализов полученный порошок представляет собой монофазный кристаллический метацирконат стронция SrZrO₃ стехиометрического состава. Согласно результатам сканирующей электронной микроскопии и определения величины удельной поверхности методом БЭТ полученный порошок сегнетоэлектрика имеет крупность частиц в узком диапазоне 240-260 нм.

Пример 10. Берут 130 г пентахлорида ниобия, вводят его при перемешивании с использованием лопастной мешалки в водный раствор аммиака с концентрацией 21 мас.% и осуществляют гидролиз хлорида ниобия при рН 12 с образованием осадка гидратированного ниобата аммония. Осадок ниобата аммония отделяют фильтрацией, суспендируют, вводят в суспензию при рН 6,5 и температуре 75°С соединение щелочного металла в виде сульфата натрия с формированием порошка метаниобата натрия. Суспензию, содержащую порошок метаниобата натрия, подвергают интенсивному перемешиванию с использованием лопастной мешалки при скорости вращения мешалки 3750 об/мин, соответствующей значению критерия Рейнольдса 15·10⁴, в течение 25 мин. Сформированный порошок метаниобата натрия отделяют фильтрацией, промывают деионизированной водой и сушат при температуре 50°С. По данным рентгенофазового и химического анализов полученный порошок представляет собой монофазный кристаллический метаниобат

натрия NaNbO₃ стехиометрического состава. Согласно результатам сканирующей электронной микроскопии и определения величины удельной поверхности методом БЭТ полученный порошок имеет крупность частиц в узком диапазоне 80-100 нм.

Из анализа вышеприведенных примеров видно, что предлагаемый способ позволяет получать наноразмерные порошки сегнетоэлектриков на основе сложных оксидов титана, циркония, тантала, ниобия и щелочных или двухвалентных металлов, а также фосфата титанила и щелочного металла узких гранулометрических классов с дисперсией по размеру, не превышающей 20 нм, при сохранении монофазности и стехиометрического состава синтезируемых порошков. Настоящий способ относительно прост и может быть реализован с привлечением стандартного оборудования.

Изобретение относится к получению материалов для производства сегнетоэлектрической керамики, используемой в электронной технике. Способ включает гидролиз соединения редкого металла с образованием осадка редкого металла. Осадок отделяют и суспендируют. В суспензию вводят соединение щелочного или двухвалентного металла при рН 5,5-13 и температуре 71-95°С. Суспензию интенсивно перемешивают при значении критерия Рейнольдса (8-20)·10⁴ не менее 15 мин. Порошок сегнетоэлектрика промывают и сушат при температуре 40-95°С. В качестве соединения редкого металла берут соединение титана, циркония, тантала или ниобия в виде фторида, хлорида, сульфата, нитрата или фосфата. Соединения щелочных металлов используют в виде гидроксидов, хлоридов, нитратов или сульфатов. В качестве соединения двухвалентного металла используют соединения бария или стронция в виде гидроксидов, нитрата, хлоридов, сульфатов, а также нитрат свинца. Изобретение позволяет регулировать крупность частиц наноразмерных порошков титанатов, цирконатов, танталатов, ниобатов одно- и двухвалентных металлов и получать порошки стехиометрического состава узкого гранулометрического класса при сохранении монофазности. 7 з.п. ф-лы.

1. Способ получения наноразмерного порошка сегнетоэлектрика, включающий гидролиз соединения редкого металла при перемешивании с образованием осадка редкого металла, отделение осадка, его суспендирование, введение в суспензию соединения щелочного металла при заданном рН и нагревании, формирование порошка сегнетоэлектрика, содержащего редкий металл, отделение порошка, его промывку и сушку, отличающийся тем, что в суспензию вводят соединение щелочного или двухвалентного металла при рН 5,5-13,0, а перед отделением сформированного порошка сегнетоэлектрика суспензию перемешивают при числе критерия Рейнольдса (8-20)·10⁴ в течение не менее 15 мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве соединения редкого металла берут соединение титана или циркония в виде фторида, хлорида, нитрата или сульфата.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве соединения редкого металла берут соединение титана или циркония в виде фосфата.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве соединения редкого металла берут соединение тантала или ниобия в виде фторида, хлорида, нитрата или сульфата.

5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве соединения двухвалентного металла берут соединение бария, стронция или свинца, при этом соединение бария или стронция берут в виде гидроксида, хлорида или нитрата, а соединение свинца - в виде нитрата.

6. Способ по любому из пп.1, 3, 4, отличающийся тем, что в качестве соединения щелочного металла берут соединение лития, натрия или калия в виде гидроксида, хлорида, нитрата или сульфата.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что соединение щелочного или двухвалентного металла вводят в суспензию при температуре 70-95°С.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что сушку промытого порошка сегнетоэлектрика ведут при 40-95°С.