СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКОВ ДИОКСИДА ЦИРКОНИЯ СО СФЕРОИДАЛЬНОЙ ФОРМОЙ ЧАСТИЦ С СОДЕРЖАНИЕМ СТАБИЛИЗИРУЮЩЕГО КОМПОНЕНТА ОТ 20 ДО 60 МАССОВЫХ ПРОЦЕНТОВ Российский патент 2022 года по МПК C01G25/02 B01J13/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к технологии получения оксидных порошковых материалов, в частности к технологии получения порошковых материалов на основе диоксида циркония со сфероидальной формой частиц с содержанием стабилизирующих компонентов от 20 до 60 массовых процентов, которые могут быть использованы для получения керамики, покрытий, сорбентов и катализаторов, в том числе электродов и электролитов высокотемпературных электрохимических устройств.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ ДАННОМУ ИЗОБРЕТЕНИЮ

Диоксид циркония широко используется при создании керамики и покрытий, сорбентов и катализаторов, электродов и электролитов высокотемпературных электрохимических устройств. Форма и размер частиц являются одними из важнейших технологических параметров порошковых материалов, которые могут быть определяющими при их использовании в различных областях техники. Узкофракционированные порошки с правильной формой близкой к сферической обеспечивают высокую сыпучесть и насыпную плотность порошковых материалов, низкие гидро- и аэродинамические сопротивления частиц. Порошковые материалы на основе диоксида циркония с содержанием стабилизирующих компонентов от 20 до 60 массовых процентов позволяют получать защитные покрытия с улучшенными теплозащитными свойствами и стабильностью при высоких температурах. Поэтому задача формирования узкофракционированных порошковых материалов на основе диоксида циркония с правильной формой частиц и повышенным содержанием стабилизирующих компонентов от 20 до 60 массовых процентов является весьма актуальной.

Известен способ получения керамических монодисперсных сфер ZrO2 с размером 200 и более микрометров (X. Rui, Ch. Jiansong, Zh. Shijiao, H. Shaochang, Zh. Xingyu, L. Jianjun, D. Changsheng, M. Jingtao. Preparation of monodisperse ZrO2 ceramic microspheres (> 200 μm) by coaxial capillary microfluidic device assisted internal gelation process. Ceram. Int., Volume 45, (2019), рр. 19627-19634. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.06.210) включающий в себя приготовление раствора прекурсора путем смешения нитрата циркония и шестиводного нитрата иттрия, добавление к раствору прекурсора концентрированной азотной кислоты, приготовление раствора гексаметилентетрамина с определенным количеством мочевины, смешение растворов, формирование капель золя с диспергированием их в масло при температуре 90°С с формированием гель-сфер, после чего гель-сферы промывали трихлорэтиленом и раствором аммиака, подвергали гидротермальной обработке при 200°С, после промывали деионизированной водой и метиловым эфиром пропиленгликоля, проводили сушку и термообработку. Преимуществами способа является получение монодисперсных сферических частиц диоксида циркония, регулирование размера частиц за счет изменения размера капель. Недостатком способа является работа с большим количеством органических соединений нагретых до высокой температуры, большое количество стадий процесса получения конечного порошкового материала. Отсутствуют сведения о возможности получения порошковых материалов на основе диоксида циркония с расширенным диапазоном концентраций стабилизирующих компонентов.

Известен способ [Патент RU 2235686, приор. от 04.01.2003, опубл. 10.09.2004, МПК C01G 25/02, C25B 1/00, B01J 20/06] получения сферогранулированных порошковых материалов на основе гидроксида и оксида циркония, включающий в себя растворение карбоната циркония в соляной кислоте до достижения атомного отношения Cl/Zr в растворе 0,8-1,8, электролиз хлоридного раствора при температуре 40-100°С до атомного отношения Cl/Zr, равного 0,2-0,5, введение в образовавшийся золь растворимого соединения металла III группы Периодической системы Д.И. Менделеева, диспергирования золя в гелирующую среду, отделение образовавшихся гель-сфер, их отмывку, сушку и термообработку. Преимуществом описанного способа является возможность использовать в качестве гелирующей среды водного раствора аммиака или щелочи, которая обеспечивается за счет получения высоковязкого золя циркония на стадиях растворения карбоната и электролиза раствора. Существенными недостатками способа являются сложность и многостадийность процесса, необходимость работы с соляной кислотой, что обуславливает необходимость тщательной отмывки полученных гельсфер от остаточных ионов хлора, трудности получения порошковых материалов с узким распределением частиц по размерам на уровне 10-60 мкм. Отсутствуют сведения о возможности получения порошковых материалов на основе диоксида циркония с содержанием стабилизирующего компонента больше 20 массовых процента.

Альтернативным подходом для формирования частиц диоксида циркония с правильной формой является электрооплавление частиц диоксида циркония и стабилизирующего компонента. Известен способ [Патент US 6893994, приор. от 13.08.2002, опубл. 19.02.2004, МПК C23C-004/10] формирования химически однородных частиц диоксида циркония, включающий в себя электроплавление диоксида циркония и стабилизирующего компонента, охлаждение и термическую обработку полученного порошкового материала. Технический результат - формирование преимущественно сферических полых частиц с размером менее 200 мкм. Преимущество предложенного способа - возможность получать полые частицы, возможность широко варьировать содержание стабилизирующего компонента. Существенными недостатками способа являются трудность получения порошковых материалов с узким распределением частиц по размерам на уровне 10-60 мкм и высокие затраты электроэнергии для плавления.

Наиболее близкий способ получения сфероидальных частиц на основе диоксида циркония описан в патенте [Патент RU 2714452, приор. от 28.09.2019, опубл. 17.02.2020, МПК B22F 9/24, C25B 1/20, C23C 4/11]. Способ включает в себя приготовление водных растворов солей циркония и металлов 3 группы ПСХЭ, приготовление раствора-осадителя путем растворения гидроксидов щелочных металлов или аммиака в воде, осаждение гидроксосоединений циркония и выбранных металлов путем дозирования общего раствора в реакционный объем, в котором осуществляют перемешивание и поддерживают постоянное значение рН за счет контролируемого введения раствора-осадителя, отделение осадка, сушку и термообработку. Преимуществами этого способа является образование сфероидальных частиц в водной среде, небольшое количество стадий процесса получения порошкового материала, возможность регулирования размера частиц за счет изменения длительности осаждения. Недостатком способа является невозможность получения порошковых материалов на основе диоксида циркония с содержанием стабилизирующего компонента от 20 до 60 массовых процентов.

Таким образом технической проблемой, стоящей перед авторами настоящего изобретения, является преодоление вышеописанных недостатков, а именно расширение диапазона содержаний стабилизирующих компонентов с сохранением правильной формы частиц и узкого распределения частиц по размерам при использовании метода осаждения при поддерживании постоянного значения рН.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в расширении диапазона содержаний стабилизирующих компонентов с сохранением правильной формы частиц и узкого распределения частиц по размерам. Заявленный способ получения порошковых материалов на основе диоксида циркония с содержанием стабилизирующего компонента от 20 до 60 массовых процентов включает в себя следующие стадии:

- приготовление устойчивой к гидролизу водорастворимой соли циркония;

- приготовление устойчивых к гидролизу водорастворимых солей металлов 3 группы Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева (ПСХЭ Д.И. Менделеева), выбранных из числа скандия, иттрия, лантана и лантаноидов;

- смешение водного раствора соли циркония и части водного раствора солей металлов 3 группы ПСХЭ Д.И. Менделеева с формированием общего раствора солей металлов;

- приготовление раствора-осадителя путем растворения гидроксидов щелочных металлов или аммиака в воде;

- осаждение гидратированного оксида циркония путем одновременного дозирования общего раствора солей металлов и раствора осадителя капельным способом в реактор, где происходит постоянное перемешивание реакционного объема и поддерживается значение рН на одном уровне из диапазона значений от 5 до 6,5 включительно за счет контролируемого введения раствора-осадителя;

- отделение образовавшегося осадка от маточного раствора, введение в осадок раствора второй части солей металлов 3 группы ПСХЭ Д.И. Менделеева при поддержании значения рН суспензии на одном уровне из диапазона значений от 5 до 6,5 включительно за счет контролируемого введения раствора-осадителя;

- упаривание полученной суспензии, сушка и термообработка осадка.

Авторы изобретения исходили из того, что вследствие различия значений рН начала осаждения гидроксосоединений циркония и металлов 3 группы ПСХЭ при увеличении содержания солей металлов 3 группы ПСХЭ в общем растворе, идущем на осаждении, выше чем 20% от массы конечной композиции в пересчёте на оксиды, происходит накопление катионов металлов 3 группы ПСХЭ в жидкой части суспензии, что в свою очередь может привести к образованию твердой фазы гидроксосоединений металлов 3 группы ПСХЭ в месте введения раствора-осадителя в суспензию. Образование отдельной твердой фазы гидроксосоединений металлов 3 группы может приводить к снижению среднего размера частиц порошкового материала, увеличению дисперсии размеров, а также к фазовой неоднородности порошковых материалов после обжига. Для предотвращения описанных нежелательных эффектов авторами изобретения предложено разделить количество вводимых солей металлов 3 группы ПСХЭ на две части. Первую часть солей металлов 3 группы ПСХЭ в количестве от 0 до 20% от массы конечной композиции в пересчете на оксиды предложено вводить в общий раствор, идущий на осаждение. Вторую часть солей металлов 3 группы ПСХЭ предложено вводить в уже сформированный осадок гидратированного диоксида циркония. Авторами изобретения обнаружено, что добавление раствора солей металлов 3 группы ПСХЭ к осадку гидратированного оксида циркония при поддержании постоянного значения рН из диапазона значений от 5,0 до 6,5 включительно за счет контролируемого введения раствора-осадителя с последующим упариванием суспензии позволяет добиться сохранения среднего размера и дисперсии частиц порошков. Последующая термообработка приводит к образованию композиции с однородным фазовым составом, при этом такой оксидный порошковый материал характеризуется узким распределением частиц по размерам и формой частиц близкой к сфероидальной.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На первой стадии получения порошковых материалов на основе диоксида циркония со сфероидальной формой частиц готовят раствор соли циркония в воде. В качестве соли циркония могут быть использованы устойчивые к гидролизу водорастворимые соли неорганических кислот, в первую очередь нитрат, хлорид или сульфат циркония. Природа аниона соли не оказывает существенного влияния на возможность реализации изобретения. С целью приготовления раствора соли циркония соответствующую соль циркония растворяют в воде. Также возможно приготовление раствора соли циркония путем растворения соединений циркония в соответствующей неорганической кислоте. По преимущественному способу реализации изобретения для приготовления раствора соли циркония используют основной карбонат циркония и азотную кислоту.

На второй стадии получения порошковых материалов на основе диоксида циркония в водный раствор соли циркония вводят первую часть раствора солей металлов 3 группы ПСХЭ Д.И. Менделеева, выбранных из числа скандия, иттрия, лантана и лантаноидов до достижения содержания стабилизирующего компонента от 0 до 20% массовых в пересчете на оксиды с формированием общего раствора солей металлов. В качестве солей металлов 3 группы ПСХЭ Д.И. Менделеева могут быть использованы устойчивые к гидролизу водорастворимые неорганические соли, в первую очередь нитраты, хлориды или сульфаты соответствующих металлов, выбранных из числа скандия, иттрия, лантана и лантаноидов. Природа аниона соли не оказывает существенного влияния на возможность реализации изобретения. Добавка солей металлов 3 группы ПСХЭ Д.И. Менделеева может быть выполнена как путем растворения солей металлов 3 группы ПСХЭ Д.И. Менделеева в растворе соли циркония в воде, так и путем введения водного раствора солей металлов 3 группы ПСХЭ Д.И. Менделеева в раствор соли циркония. При увеличении количества добавки соединения металлов 3 группы ПСХЭ Д.И. Менделеева выше 20% массовых возможно не полное соосаждение металлов 3 группы ПСХЭ Д.И. Менделеева выбранных из группы лантана, иттрия или лантаноидов с гидратированным диоксидом циркония, что может приводить к снижению среднего размера частиц порошкового материала, увеличению дисперсии размеров, а также к фазовой неоднородности порошковых материалов после обжига.

На третьей стадии готовят раствор-осадитель. В качестве раствора-осадителя может быть использован водный раствор гидроксидов щелочных металлов или аммиака с водородным показателем среды более 7, в том числе водный раствор аммиака, гидроксида натрия или калия. По предпочтительному способу реализации изобретения для осаждения гидратированного оксида циркония используется водный раствор аммиака.

На четвертой стадии получения порошкового материала на основе диоксида циркония со сфероидальной формой частиц в реакционный объем вводят водную среду. Водная среда необходима для распределения реагентов и продуктов реакции в реакционном объеме на начальном этапе осаждения, а также для обеспечения стабильной работы pH-метра и контроля рН. Количество вводимой в реакционный объем водной среды не является принципиальным. В общем случае с целью снижения объема аппаратов в реакционный объем водят минимальное количество водной среды, необходимое для обеспечения контроля рН и распределения реагентов и продуктов реакции за счет перемешивания. В качестве водной среды может быть использована дистиллированная вода или водные растворы неорганических солей. В общем случае, тип катионов и анионов солей не оказывает существенного влияния на реализацию изобретения, однако добавка солей, обладающих буферной ёмкостью, таких как аммиачные соли, приводит к увеличению инерционности значения рН реакционного объема и облегчает поддержание постоянного значения рН в реакционном объеме на начальном этапе осаждения.

На пятой стадии получения порошкового материала на основе диоксида циркония со сфероидальной формой частиц проводят осаждение гидратированного оксида циркония путем дозирования общего раствора солей металлов, полученного на второй стадии, в реакционный объем в котором в ходе всего процесса осаждения поддерживается перемешивание и постоянное значение рН из диапазона значений от 5 до 6,5 единиц включительно, за счет контролируемого введения раствора-осадителя, полученного на третьей стадии. Под постоянным значением рН в ходе всего процесса осаждения здесь и далее понимается значение, не отличающиеся от выбранного более чем на 0,1 ед., при этом в первые минуты осаждения отклонение рН от заданного значения может превышать значение 0,1 ед. вследствие низкой инерционности реакционного объема. Инерционность реакционного объема в процессе осаждения зависит от большого количества факторов, в первую очередь от состава начальной водной среды, от типа и концентрации используемого раствора-осадителя, от кислотности и общей концентрации солей в общем растворе солей металлов, от соотношения реакционного объема и скоростей введения компонентов. По этой причине длительность установления постоянного значения рН в реакционном объеме варьируется в значительной степени в зависимости от выбранных условий организации процесса осаждения. В общем случае в рамках предложенного способа синтеза значение рН в процессе осаждения считается постоянным, если период установления постоянного значения рН в реакционном объеме не превышает одной десятой части от общей длительности процесса осаждения. Постоянное значение рН в процессе осаждения обеспечивается за счет регулируемого независимого дозирования общего раствора солей металлов, имеющего значение рН менее 7, и раствора-осадителя, имеющего значение рН более 7. Регулируемое независимое дозирование растворов может быть выполнено при использовании перистальтических насосов, мембранных насосов, насосов прямого дозирования, центробежных насосов с регулируемой скоростью вращения, а также другими способами. Контроль рН реакционного объема ведут в течение всего процесса осаждения при помощи рН-метров с ион-селективными электродами или при помощи иных систем детектирования рН в растворе.

На шестой стадии получения порошкового материала на основе диоксида циркония со сфероидальной формой частиц проводят отделение осадка от маточного раствора. Отделение осадка от маточного раствора возможно способом фильтрации, центрифугирования, декантации или любым другим способом. По преимущественному способу реализации изобретения для отделения осадка от маточного раствора используют метод фильтрации. Затем к осадку добавляют раствор второй части солей металлов 3 группы ПСХЭ Д.И. Менделеева, поддерживая постоянное значение рН из диапазона значений от 5,0 до 6,5 включительно за счет контролируемого введения раствора-осадителя, до достижения содержания оксидов указанных металлов от 20 до 60% от конечной массы композиции в пересчете на оксиды. Далее суспензию выдерживают при перемешивании в течение часа, а затем упаривают до формирования осадка. Упаривание осадка может быть осуществлено разными способами, в том числе при атмосферном или пониженном давлении. По преимущественному способу реализации изобретения упаривания суспензии проводят при использовании ротационного испарителя при пониженном давлении и температуре.

После упаривания проводят операции сушки и обжига сформированного осадка. Предпочтительно, сушку осадка проводить при температуре от 30 до 120°С до постоянной массы, а обжиг осадка - при температуре от 300 до 1300°С.

Возможность реализации изобретения подтверждается примерами.

Пример 1

Этот пример относится к композиции из 40% массовых диоксида циркония и 60% оксида гадолиния.

В химический стакан при перемешивании вводят 550 мл дистиллированной воды и 381 грамм карбоната циркония (содержание оксида циркония в карбонате циркония составляет 42% массовых). К полученной суспензии добавляют 178,2 мл концентрированной азотной кислоты (массовая концентрация 71,6%). После полного растворения карбоната циркония в раствор вводят 99,6 грамм нитрата гадолиния шестиводного Gd(NO₃)₃⋅6H₂O до достижения содержания оксида гадолиния 10% массовых от конечной массы композиции. После полного растворения нитрата гадолиния объем раствора доводят до 2000 мл с использованием мерной колбы. Полученный раствор выдерживают при перемешивании в течение 2 часов перед началом осаждения. Параллельно с приготовлением общего раствора солей металлов готовят раствор-осадитель. Для этого в химический стакан вводят 350 мл концентрированного раствора аммиака (массовая концентрация 24%) и 438 мл дистиллированной воды.

Для осуществления осаждения гидратированного оксида циркония со сфероидальной формой частиц в реактор, снабженный мешалкой и датчиком рН, вводят 200 мл дистиллированной воды. Далее при помощи перистальтических насосов проводят контролируемое дозированное введение общего раствора нитратов металлов и водного раствора аммиака в реакционный объём при перемешивании, причем значение рН в реакционном объеме поддерживается постоянным на уровне 5,0±0,1 ед. за счет балансировки скоростей введения обоих растворов.

После завершения осаждения полученную суспензию отделяют от маточного раствора путем фильтрации, осадок переносят в химический стакан, в который далее вводят 1 л дистиллированной воды, перемешивают, вводят 497,9 грамм нитрата гадолиния шестиводного Gd(NO₃)₃⋅6H₂O в виде водного раствора, при постоянном значении pH равном 5, поддерживаемом за счет контролируемого введения раствора-осадителя до достижения содержания оксида гадолиния 60% массовых от конечной массы композиции. После введения всего объема раствора нитрата гадолиния шестиводного суспензию упаривают при помощи ротационного испарителя. Нагрев суспензии осуществляется при помощи водяной бани с температурой воды 80°С, при этом давление в колбе находится на уровне 200 миллибар.

После завершения отделения влаги полученный осадок извлекают из колбы, помещают в сушильный шкаф и сушат при температуре 100°С в течение 12 часов. После этого осадок обжигают в муфельной печи при температуре 1000°С в течение 2 часов.

После обжига проводят измерение распределения частиц по размеру при помощи лазерного дифрактометра Analisetta 22 nanotech при использовании зеленого и инфракрасного лазера. Форму частиц исследуют при помощи оптической микроскопии. Фазовый состав исследуют при помощи рентгеновского дифрактометра. Распределение частиц по размерам характеризуют набором различных параметров, D[4,3] - среднеобъемный диаметр частиц, дисперсия размеров - параметр, характеризующий разброс размеров частиц порошкового материала, определяемый отношением (D90-D10)/D50. Описанные параметры распределения частиц образцов по размерам и остальные характеристики для всех примеров представлены на Фиг. 1. Распределение частиц по размерам для образца, полученного по примеру 1, представлено на фигуре 2, оптическая фотография частиц образца по примеру 1 представлена на фигуре 3, фазовый состав порошкового материала представлен на фигуре 4.

Пример 2

Этот пример относится к композиции из 52% массовых диоксида циркония и 48% оксида иттрия.

В химический стакан при перемешивании вводят 550 мл дистиллированной воды и 433,3 грамма карбоната циркония (содержание оксида циркония в карбонате циркония составляет 42% массовых). К полученной суспензии добавляют 202,4 мл концентрированной азотной кислоты. После полного растворения карбоната циркония в раствор вводят 43,8 грамм нитрата иттрия Y(NO₃)₃ в виде водного раствора для достижения содержания оксида иттрия 5% массовых от конечной массы композиции. После смешения растворов солей объем общего раствора доводят до 2000 мл с использованием мерной колбы. Полученный раствор выдерживают при перемешивании в течение 2 часов перед началом осаждения. Параллельно с приготовлением общего раствора солей металлов готовят раствор осадителя. Для этого в химический стакан вводят 350 мл концентрированного раствора аммиака (массовая концентрация 24%) и 438 мл дистиллированной воды. Осаждение ведут при постоянном значении рН равном 5,0±0,1.

После завершения осаждения полученную суспензию отделяют от маточного раствора путем фильтрации, осадок переносят в 1 л дистиллированной воды, перемешивают, вводят 365 грамм нитрата иттрия Y(NO₃)₃ в виде водного раствора при постоянном значении pH равным 5 поддерживаемым за счет контролируемого введения раствора-осадителя до достижения содержания оксида иттрия 48% массовых от конечной массы композиции. После введения всего объема раствора нитрата иттрия суспензию упаривают также, как описано в примере 1.

Сформированный осадок подвергают сушке и обжигу также, как это описано в примере 1.

Пример 3

Этот пример относится к композиции из 60% массовых диоксида циркония и 40% оксида гадолиния.

В химический стакан при перемешивании вводят 450 мл дистиллированной воды и 381 грамм карбоната циркония (содержание оксида циркония в карбонате циркония составляет 42% массовых). К полученной суспензии добавляют 221,8 мл концентрированной соляной кислоты (массовая концентрация 36,2%). После полного растворения карбоната циркония в раствор вводят 111,6 грамма хлорида гадолиния шестиводного GdCl₃⋅6H₂O для достижения содержания оксида гадолиния 20% массовых от конечной массы композиции. После полного растворения хлорида гадолиния шестиводного объем раствора доводят до 2000 мл с использованием мерной колбы. Полученный раствор выдерживают при перемешивании в течение 2 часов перед началом осаждения. Параллельно с приготовлением общего раствора солей металлов готовят раствор-осадитель так же, как это описано в примере 1. Осаждение ведут при постоянном значении рН равном 6,5±0,1.

После завершения осаждения полученную суспензию отделяют от маточного раствора путем фильтрации, осадок переносят в 1 л дистиллированной воды, перемешивают, вводят 109,6 грамм хлорида гадолиния шестиводного GdCl₃⋅6H₂O в виде водного раствора при постоянном значении pH равным 6,5 поддерживаемым за счет контролируемого введения раствора-осадителя до достижения содержания оксида гадолиния 40% массовых от конечной массы композиции. После введения всего объема раствора хлорида гадолиния суспензию упаривают также, как описано в примере 1. Сформированный осадок подвергают сушке и обжигу также, как это описано в примере 1.

Пример 4

Этот пример относится к композиции из 70% массовых диоксида циркония и 30% оксида иттербия.

В химический стакан при перемешивании вводят 550 мл дистиллированной воды и 432,8 грамма карбоната циркония (содержание оксида циркония в карбонате циркония составляет 42% массовых). К полученной суспензии добавляют 202,3 мл концентрированной азотной кислоты (массовая концентрация 71,6%). После полного растворения карбоната циркония в раствор вводят 71,9 грамм сульфата иттербия восьмиводного Yb₂(SO₄)₃⋅8H₂O для достижения содержания оксида иттербия 7% массовых от конечной массы композиции. После полного растворения сульфата иттербия объем раствора доводят до 2000 мл с использованием мерной колбы. Полученный раствор выдерживают при перемешивании в течение 2 часов перед началом осаждения.

Раствор-осадитель готовят следующим образом: в химический стакан вводят 52,8 г безводного гидроксида натрия и 400 мл дистиллированной воды. За счет перемешивания добиваются полного растворения гидроксида натрия. После полного растворения гидроксида натрия объем раствора доводят до 500 мл с использованием мерной колбы. Осаждение ведут так же, как и описано в примере 1. После завершения осаждения полученную суспензию отделяют от маточного раствора путем фильтрации, осадок переносят в 1 л дистиллированной воды, перемешивают, вводят 237 грамм сульфата иттербия восьмиводного Yb₂(SO₄)₃⋅8H₂O в виде водного раствора при постоянном значении pH равным 5 поддерживаемым за счет контролируемого введения раствора-осадителя до достижения содержания оксида иттербия 30% массовых от конечной массы композиции. После введения всего объема раствора сульфата иттербия восьмиводного суспензию упаривают так же, как описано в примере 1. Сформированный осадок подвергают сушке и обжигу так же, как это описано в примере 1.

Пример 5 (сравнительный)

Этот пример относится к композиции из 40% массовых диоксида циркония и 60% оксида гадолиния.

В химический стакан при перемешивании вводят 550 мл дистиллированной воды и 381 грамм карбоната циркония (содержание оксида циркония в карбонате циркония составляет 42% массовых). К полученной суспензии добавляют 178,2 мл концентрированной азотной кислоты. После полного растворения карбоната циркония в раствор вводят 597,5 грамм нитрата гадолиния шестиводного Gd(NO₃)₃⋅6H₂O до достижения содержания оксида гадолиния 60% массовых от конечной массы композиции в пересчете на оксиды. После полного растворения соли объем раствора доводят до 2000 мл с использованием мерной колбы. Полученный раствор выдерживают при перемешивании в течение 2 часов перед началом осаждения. Осаждение ведут также как описано в примере 1. Далее проводят медленное введение раствора-осадителя в суспензию до достижения значения pH равного 9. Полученную суспензию отделяют от маточного раствора путем фильтрации, затем проводят сушку и обжиг так как описано в примере 1.

Таким образом, из приведенных примеров следует, что осаждение гидратированного оксида циркония с содержанием металлов 3 группы ПСХЭ Д.И. Менделеева в общем растворе в диапазоне от 0 до 20% от конечной массы композиции (примеры 1, 2, 3, 4) из растворов различных водорастворимых неорганических солей (примеры 1,3,4) при постоянном значении рН в реакционном объеме из диапазона значений от 5 до 6,5 (примеры 1, 3), при использовании в качестве раствора-осадителя водного раствора аммиака и гидроксидов щелочных металлов (примеры 1, 2, 3, 4), при введении в суспензию раствора второй части солей металлов 3 группы ПСХЭ Д.И. Менделеева до достижения содержания солей этих металлов от 20 до 60% от конечной массы композиции в пересчете на оксиды и дальнейшее упаривание (примеры 1,2,3,4) приводит к образованию сфероидальных частиц, с узким распределением частиц по размерам и однородным фазовым составом порошкового материала, в то время как осаждение при содержании солей металлов 3 группы ПСХЭ Д.И. Менделеева 60% от конечной массы композиции в общем растворе, что выходит за рамки заявленного диапазона (пример 5), при значении pH равным 5 приводит к формированию частиц с высокой дисперсией и неоднородностью фазового состава. Для частиц образцов, полученных по примерам 1, 2, 3, 4, характерен высокий средний размер, низкое значение дисперсии размеров, фазовая однородность и сфероидальная форма по сравнению с образцом 5. Таким образом, предложенный способ синтеза обеспечивает достижение заявленного технического результата.

Изобретение относится к химической промышленности и порошковой металлургии и может быть использовано в плазменном напылении, шликерном литье, лазерном спекании. Сначала готовят общий раствор устойчивых к гидролизу в водном растворе неорганических солей циркония и солей металлов 3 группы Периодической системы химических элементов, выбранных из скандия, иттрия, лантана или лантаноидов, в количестве, обеспечивающем содержание последних до 20% от конечной массы композиции в пересчёте на оксиды. Раствор-осадитель готовят путем растворения гидроксидов щелочных металлов или аммиака в воде. Затем осаждают гидроксосоединения циркония и указанных металлов путём дозирования приготовленных растворов в реакционный объём при перемешивании и поддержании постоянного рН от 5,0 до 6,5 включительно за счет контролируемого введения раствора-осадителя. Образовавшийся осадок отделяют от маточного раствора. Затем вводят вторую часть раствора указанных солей металлов 3 группы при поддержании постоянного рН от 5,0 до 6,5 включительно за счет контролируемого введения раствора-осадителя до достижения содержания указанных солей, содержащих стабилизирующие компоненты, от 20 до 60% от конечной массы композиции в пересчете на оксиды. Полученную суспензию упаривают при перемешивании до формирования осадка, который сушат и обжигают. Полученные порошковые материалы на основе диоксида циркония имеют правильную сфероидальную форму частиц с узким их распределением по размерам. 4 ил., 5 пр.

Способ получения порошковых материалов на основе диоксида циркония со сфероидальной формой частиц, включающий приготовление общего раствора устойчивых к гидролизу в водном растворе неорганических солей циркония и солей металлов 3 группы Периодической системы химических элементов, выбранных из скандия, иттрия, лантана и лантаноидов, в количестве, обеспечивающем содержание последних до 20% от конечной массы композиции в пересчете на оксиды, приготовление раствора-осадителя путем растворения гидроксидов щелочных металлов или аммиака в воде, осаждение гидроксосоединений циркония и выбранных металлов путем дозирования указанных растворов в реакционный объем, в котором осуществляют перемешивание и поддерживают постоянное значение рН за счет контролируемого введения раствора-осадителя, отделение образовавшегося осадка от маточного раствора, сушку и обжиг, отличающийся тем, что на стадии приготовления общего раствора вводят часть указанных солей металлов 3 группы Периодической системы химических элементов, при осаждении поддерживают постоянное значение рН из диапазона значений от 5,0 до 6,5 включительно, в осадок после отделения от маточного раствора вводят вторую часть раствора солей металлов 3 группы Периодической системы химических элементов при поддержании постоянного значения рН из диапазона значений от 5,0 до 6,5 включительно за счет контролируемого введения раствора-осадителя до достижения содержания указанных солей от 20 до 60% от конечной массы композиции в пересчете на оксиды, полученную суспензию упаривают при перемешивании до формирования осадка, который направляют на сушку и обжиг.