СПОСОБ СИНТЕЗА ПОРОШКОВ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ BaSrTiO Российский патент 2015 года по МПК C01G23/00 C01F11/00 C04B35/468 C09C1/02 C09C1/36 

Описание патента на изобретение RU2552456C2

Изобретение относится к области химии получения материалов, применяемых в различных отраслях техники. Предложен способ синтеза твердых растворов в порошкообразном состоянии, в котором рассчитывают концентрацию, смешивают и прогревают исходные порошки сначала 2 часа при 800°С, затем, после остывания, 2 часа при 1200°С до получения твердого раствора. Способ может быть использован для получения порошков с высоким выходом основной фазы. Изобретение позволяет осуществить синтез твердых растворов в порошкообразном состоянии в оптимальных условиях.

Синтез порошков в отличие от синтеза керамик имеет два отличительных признака, затрудняющих получение высокого выхода основной фазы. Для уменьшения расстояния между зернами смесей порошков при синтезе керамических соединений осуществляют горячее прессование. Одновременное влияние температуры и высокого давления приводит к механическому сближению зерен порошков и диффузии их атомов. Температура синтеза для получения керамик титаната бария с частично замещенными катионами, например, соединения BaSrTiO3 или BaTiZrO3, составляет порядка 1340-1400°С [1, 2]. Оба фактора способствуют достижению высокого выхода основной фазы керамик.

При синтезе порошков такая технология неприемлема, так как в итоге получается керамическое соединение. Полученную керамику принципиально можно раздробить, размолоть для получения порошков того же соединения. Но такой способ требует больших затрат энергии и большого числа технологических операций. Кроме того, получаемые порошки обладают существенным недостатком - наличием большого числа дислокаций, кластеров и точечных дефектов, образованных механических воздействием при раздроблении и размоле. Это понижает их стойкость к действию ультрафиолетового излучения солнца и заряженных частиц при использовании в качестве пигментов для красок и покрытий.

В предлагаемом изобретении для получения порошков твердых растворов исключаются операции высокотемпературного прогрева до 1340-1400°C, прессования и размола керамики. Увеличение выхода основной фазы достигается применением технологии двойного последовательного прогрева. Выход основной фазы достигает 99 мас.% от теоретического. При этом существенно уменьшается температура прогрева T1, T2<1340-1400°C, время прогрева (t1, t2≤2 час, t1+t2≤4 час) и исключаются операции прессования, раздробления и размола порошков, т.е. сокращаются энергетические и людские затраты, что приводит к снижению себестоимости получения порошков. В описанных ниже примерах 1-4 приводятся данные рентгенофазового анализа результатов синтеза порошков соединений Ba(1-x)SrxTiO3 из смесей порошков ВаСО3, SrCO3 и TiO2, полученных при различной концентрации.

Наиболее примечательной областью применения такого способа является получение порошков для изготовления покрытий различного назначения, в частности, для интеллектуальных покрытий на основе титанатов бария с частично замешенными катионами бария или титана, обладающими фазовыми переходами в зависимости излучательной способности от температуры и способностью регулировать температуру объектов, на которые они нанесены, и излучаемые тепловые потоки при изменении внешних условий температуры окружающего пространства, действия излучений и др.

Известен способ высокотемпературного синтеза порошков Ва(1-x)SrxTiO3, в котором смешивали необходимое количество весовых частей ВаСО3, SrCO3 и TiO2 с дальнейшим прогревом смесей в течение 2 час при температуре 800÷1250°C до получения твердого раствора [3]. При х=0,2 концентрация тетрагональной (Ст) и кубической (Ск) фаз соединения BaTi1-xSixO3 повышается с увеличением температуры прогрева. Максимальное суммарное значение обеих фаз составляет 63,5 мас.% (см. Таблица).

Таблица Зависимость концентрации тетрагональной (Ст) и кубической (Ск) фаз соединения BaTi0.8Sr0.2O3 от температуры прогрева смесей порошков BaCO3+SrCO3+TiO2. T, °C 800 850 900 950 1000 1050 1100 1200 1250 Ст 44,8 29,3 34,6 38,2 49,9 41,1 45,6 49,4 61,4 СТк 44,8 29,3 48,0 48,0 63,5 57,3 45,6 49,4 61,4

Таким образом, повышение температуры синтеза от 800°С до 1250°С не приводит к существенным изменениям в образовании фазы Ba0,8.Sr0,2TiO3. Суммарная концентрация тетрагональной и кубической фаз увеличивается от 44,8 до 61,4 мас.% при повышении температуры прогрева от 800 до 1250°С.

Указанный выше способ выбираем за прототип.

Техническим результатом изобретения является увеличение процентного содержания твердого раствора Ba(1-x)SrxTiO3 в виде порошков. Для достижения указанного результата прогрев исходной смеси порошков осуществляют последовательно в двух режимах: сначала 2 часа при 800°С, затем, после остывания, 2 часа при 1200°С (2 часа при 800°С, затем 2 часа при 1200°С). В отличие от прототипа процентное содержание твердого раствора Ba(1-x)SrxTiO3 существенно увеличивается.

Рассмотрим изобретение на конкретных примерах.

Пример 1. Пигмент Ba(1-x)SrxTiO3 (х=0,05) получали смешиванием необходимого количества весовых частей порошков ВаСО3, SrCO3 и TiO2 с дальнейшим прогревом смесей сначала 2 часа при 800°С, затем, после остывания, 2 часа при 1200°С до получения твердого раствора Ba0.95Sr0.05TiO3.

Результаты рентгенофазового анализа показывают, что при таком режиме прогрева образуется 99% соединения Ba0.95Sr0.05TiO3

Пример 2. Пигмент Ba(1-x)SrxTiO3 (х=0,1) получали смешиванием необходимого количества весовых частей порошков ВаСО3, SrCO3 и TiO2 с дальнейшим прогревом смесей сначала 2 часа при 800°С, затем, после остывания, 2 часа при 1200°С до получения твердого раствора Ва0.9Sr0.1TiO3.

Результаты рентгенофазового анализа показывают, что при таком режиме прогрева образуется 99% соединения Ва0.9Sr0.1TiO3

Пример 3. Пигмент Ba(1-x)SrxTiO3 (х=0,15) получали смешиванием необходимого количества весовых частей порошков BaCO3, SrCO3 и TiO2 с дальнейшим прогревом смесей сначала 2 часа при 800°С, затем, после остывания, 2 часа при 1200°С до получения твердого раствора Ва0.85Sr0.15TiO3.

Результаты рентгенофазового анализа показывают, что при таком режиме прогрева образуется 99% соединения Ва0.85Sr0.15TiO3

Пример 4. Пигмент Ba(1-x)SrxTiO3 (х=0,2) получали смешиванием необходимого количества весовых частей порошков ВаСО3, SrCO3 и TiO2 с дальнейшим прогревом смесей сначала 2 часа при 800°С, затем, после остывания, 2 часа при 1200°С до получения твердого раствора Ва0.80Sr0.2TiO3.

Результаты рентгенофазового анализа показывают, что при таком режиме прогрева образуется 98,5 мас.% соединения Ва0.8Sr0.2TiO3.

Таким образом, экспериментальные исследования показывают, что использования технологии последовательного прогрева в режиме 2 часа при 800°С, затем, после остывания, 2 часа при 1200°С смесей порошков BaCO3+SrCO3+TiO2 при всех значениях концентрации замещающего элемента стронция от 5 до 20 мас.% содержание твердых растворов Ba(1-x)SrxTiO3 в порошкообразном состоянии достигает 98,5÷99 мас.%. Эти величины существенно превышают выход основной фазы порошков твердых растворов Ba(1-x)SrxTiO3 при одинарном прогреве в диапазоне температур от 800 до 1250°С.

Использованные источники

1. Сабури О. Полупроводники на основе титаната бария. - М.: «Энергоиздат». 1982. 301 с.

2. Seung Y.S., Bout S.K., Se H.O., Duck K.C. Hleclronical properties of (Ba, Sr)TiO3 on (Sr, Ca)RuO3 electrode // J. Mater. Sci., 1999. V.34. P.6115-6119.

3. Михайлов М.М., Соколовский А.Н. Влияние температуры синтеза на концентрацию и спектры диффузного отражения образующихся соединений Ba1-xSrxTiO3. Физика и химия обработки материалов. 2008, №4, с.18-25.

Похожие патенты RU2552456C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ МАНГАНИТОВ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ 2015
  • Михайлов Михаил Михайлович
RU2617804C2
ПИГМЕНТ ДЛЯ ПОГЛОЩАЮЩИХ ТЕРМОСТАБИЛИЗИРУЮЩИХ ПОКРЫТИЙ 2015
  • Михайлов Михаил Михайлович
RU2606446C1
СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ШИХТЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА 2013
  • Свирская Светлана Николаевна
  • Мараховский Михаил Алексеевич
  • Нагаенко Александр Владимирович
  • Дыкина Любовь Александровна
RU2532440C1
Способ получения бифазной термоэлектрической керамики 2020
  • Косьянов Денис Юрьевич
  • Завьялов Алексей Павлович
RU2745910C1
Способ получения замещенного титаном гексаферрита бария 2021
  • Стариков Андрей Юрьевич
  • Павлова Ксения Петровна
  • Солизода Иброхими Ашурали
  • Шерстюк Дарья Петровна
RU2764763C1
Способ получения пьезокерамического материала на основе цирконата-титаната свинца 2016
  • Свирская Светлана Николаевна
  • Нагаенко Александр Владимирович
  • Карюков Егор Владимирович
  • Панич Александр Анатольевич
RU2633935C1
Способ получения порошков фаз твёрдых растворов системы 0,75BiFeO-0,25Ba(ZrTi)O, легированных соединениями марганца 2022
  • Нестеров Алексей Анатольевич
  • Панич Александр Анатольевич
  • Толстунов Михаил Игоревич
  • Казакова Арина Владимировна
RU2787492C1
Способ получения особочистого мелкокристаллического титаната бария 2019
  • Данчевская Марина Николаевна
  • Ивакин Юрий Дмитриевич
  • Холодкова Анастасия Андреевна
  • Муравьева Галина Петровна
  • Рыбальченко Виктор Викторович
  • Васин Александр Александрович
RU2713141C1
ПИГМЕНТ ДЛЯ СВЕТООТРАЖАЮЩИХ ТЕРМОСТАБИЛИЗИРУЮЩИХ ПОКРЫТИЙ 2009
  • Михайлов Михаил Михайлович
RU2429264C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КИСЛОРОДОПРОВОДЯЩЕЙ КЕРАМИКИ НА ОСНОВЕ ГАЛЛАТА ЛАНТАНА 2009
  • Корнева Алена Александровна
  • Красильников Владимир Николаевич
  • Шкерин Сергей Николаевич
  • Гырдасова Ольга Ивановна
  • Липилин Александр Сергеевич
  • Никонов Алексей Викторович
  • Ремпель Алексей Андреевич
RU2387052C1

Реферат патента 2015 года СПОСОБ СИНТЕЗА ПОРОШКОВ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ BaSrTiO

Изобретение может быть использовано при изготовлении пигментов для белых красок и покрытий, в том числе для терморегулирующих покрытий. Для получения порошков твердых растворов Ba(1-x)SrxTiO3 порошки карбоната бария BaCO3, карбоната стронция SrCO3 и диоксида титана TiO2 смешивают в необходимом количестве весовых частей. Затем полученную смесь прогревают. Прогрев смеси порошков осуществляют в последовательном режиме: 2 часа при 800°С, затем, после остывания, 2 часа при 1200°С. Изобретение позволяет исключить операции высокотемпературного прогрева, прессования и размола при получении порошков твердых растворов Ba(1-x)SrxTiO3, повысить выход продукта. 1 табл., 4 пр.

Формула изобретения RU 2 552 456 C2

Способ синтеза порошков твердых растворов Ba(1-x)SrxTiO3, заключающийся в том, что порошки BaCO3, SrCO3 и TiO2 смешивают в необходимом количестве весовых частей, а затем прогревают полученную смесь, отличающийся тем, что прогрев смеси порошков осуществляют в последовательном режиме: 2 часа при 800°С, затем, после остывания, 2 часа при 1200°С.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2015 года RU2552456C2

МИХАЙЛОВ М.М., СОКОЛОВСКИЙ А.Н., Влияние температуры синтеза на концентрацию и спектры диффузного отражения образующихся соединений BaSrTiO, Физика и химия обработки материалов
Станок для изготовления деревянных ниточных катушек из цилиндрических, снабженных осевым отверстием, заготовок 1923
  • Григорьев П.Н.
SU2008A1
SU 1602254 A1, 30.06.1992;
ВЫСОКОДИСПЕРСНЫЕ ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫЕ ТИТАНАТЫ И СПОСОБЫ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЧАСТИЦ ОКИСИ ТИТАНА 2005
  • Ауэр Герхард
  • Шуи Вернер
  • Реттгер Анна
  • Фельтцке Дитер
  • Шварц Харальд
  • Абихт Ханс-Петер
RU2373154C2
CN 101921106 A, 22.12.2010;
SEUNG Y.S
et al.,

RU 2 552 456 C2

Авторы

Михайлов Михаил Михайлович

Даты

2015-06-10Публикация

2013-09-23Подача