Способ получения высокостехиометричного наноразмерного прекурсора для синтеза твердых растворов иттрий-алюминиевого граната с оксидами редкоземельных элементов Российский патент 2019 года по МПК C04B35/44 C04B35/626 C01F7/02 B82Y40/00 

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 (Y_1-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.

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.

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.

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 Y_3-XMe_XAl₅O₁₂, где х - доля катиона ОРЗЭ или сумма долей катионов ОРЗЭ, вводимых в состав иттрий-алюминиевого граната и замещаемых катионов иттрия.

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:

- 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;

- 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;

- после гранулирования порошок формуют изостатическим прессованием с получением образцов с относительной плотностью 55%;

- полученные образцы подвергают вакуумному спеканию при температуре 1400-1600°С;

- после вакуумного спекания образцы подвергают горячему изостатическому прессованию при температуре 1350-1600°С; после чего керамические образцы механически шлифуют и полируют.

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.

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 P_H2O=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.

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.

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 P_H2O=56-190 атм. Легированный ИАГ получают путем введения в исходную смесь оксидов добавок неодим- или хромсодержащих компонентов.

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.

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.

В цитируемой статье не приводятся конкретные технические решения, а описана перспектива создания новых оптически прозрачных материалов на основе оксида иттрия и иттрий-алюминиевого граната.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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:

Al₂(SO₄)₃+6NH₄OH→2Al(ОН)₃+3(NH₄)₂SO₄,

или AlCl₃+3NH₄OH→Al(ОН)₃+3NH₄Cl,

и затем Al(ОН)₃+2(NH₄)₂SO₄+→AlNH₄(SO₄)₂+3NH₄OH,

или Al(ОН)₃+4NH₄Cl→AlNH₄Cl₄+3NH₄OH

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 (Y_1-хМе_х)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.

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:

AlNH₄(SO₄)₂+2CO(NH₂)₂+6H₂O→2(NH₄)₂SO₄+2CO₂+NH₄OH+Al(ОН)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.

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.

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.

Заявляемый состав поясняется примерами конкретного исполнения.

Пример 1. (по прототипу) Готовят маточный раствор катионов солей заданного состава, исходя из формулы (Y_1-xPЗЭ_x)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. % (Y_1-xPЗЭ_x)₃Al₅O₁₂, другие фазы, такие как YAlO₃ (4 масс. %) и (Y_1-xPЗЭ_x)₄Al₂O₉ (10 масс. %). Такие примеси (таблица 1, образец 1) резко ухудшают все основные характеристики: прозрачность, показатель преломления, область пропускания, лазерная генерация.

Пример 2. Готовят маточный раствор катионов солей заданного состава, исходя из формулы (Y_1-xPЗЭ_x)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. % (Y_1-xPЗЭ_x)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.

Пример 3. Готовят маточный раствор катионов солей заданного состава, исходя из формулы (Y_1-xPЗЭ_x)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. % (Y_1-xPЗЭ_x)₃Al₅O₁₂, другие фазы, такие как (Y_1-xPЗЭ_x)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.

Пример 4. Готовят маточный раствор катионов солей заданного состава, исходя из формулы (Y_1-xPЗЭ_x)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. %. (Y_1-xPЗЭ_x)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.

Пример 5. Готовят маточный раствор катионов солей заданного состава, исходя из формулы (Y_1-xPЗЭ_x)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. %. (Y_1-xPЗЭ_x)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.

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.

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».

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».

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».

Изобретение относится к технологии получения соединений сложных оксидов со структурой граната, содержащих редкоземельные элементы, для применения в технологии синтеза оптических керамических материалов лазерного качества при создании активных тел твердотельных лазеров различной геометрии. Раствор хлоридов или сульфатов катионов иттрия, алюминия и редкоземельных металлов распыляют в смесь водного раствора аммиака 25% концентрации и кристаллического карбамида из расчета 90-100 г на 1 л водного раствора аммиака 25% концентрации, охлажденную до 0°С. Полученный осадок декантируют в деионизированной воде до рН=7. Влажный осадок высушивают в вакуумном сушильном шкафу при температуре 60-80°С. В результате прокаливания при 1000°С такого прекурсора получают 100%-ный целевой продукт (кубический алюмоиттриевый гранат), не содержащий посторонних фаз, которые значительно ухудшают все основные характеристики: прозрачность, показатель преломления, область пропускания, лазерная генерация. 4 з.п. ф-лы, 5 пр., 1 табл.

1. Способ получения высокостехиометричных наноразмерных порошков прекурсора на основе иттрий-алюминиевого граната с оксидами редкоземельных элементов, включающий приготовление маточного раствора солей, упаривание до концентрированного состояния и распыление в водный раствор аммиака, декантацию в деионизированной воде, фильтрование, последующую сушку и измельчение, причем осадитель содержит 90-100 г кристаллического карбамида на 1 л водного раствора аммиака 25% концентрации.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что распыление проводят в смеси водного раствора аммиака 25% концентрации и кристаллического карбамида из расчета 90-100 г на 1 л водного раствора аммиака 25% концентрации, охлажденной до 0°С.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полученный осадок декантируют в деионизированной воде до рН=7.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что образовавшийся прекурсор отжимают на воронке Бюхнера и промывают еще раз на воронке Бюхнера 2-3 раза ацетоном особой чистоты.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что влажный осадок высушивают в вакуумном сушильном шкафу при температуре 60-80°С и в результате прокаливания при 1000°С такого прекурсора получают 100%-ный продукт: кубический алюмоиттриевый гранат.