Способ получения монокристаллов стибиотанталата калия Советский патент 1991 года по МПК C30B7/10 C30B29/30 

Изобретение относится к способу получения монокристаллов стибиотан- талата калия (К25ЬТагО,) и может быть использовано в области пьезо- тёхники и пиротехники.

Цель изобретения - повышение выхода и размеров монокристаллов.

Пример 1. Исходные оксиды (30 г) и Та205 (11 г), взятые в массовом отношении 3:1,1, помещают в автоклав периодического действия, в который заливают водный раствор фторида калия KF и перокси- да водорода . концентрацией С кр 56 мас.% и С нгОг мас.%. Объемное отношение Vkf/V ц составляет 3:1, а объемное отношение

V+MzO V5baO,vrWaBHO 3 1:1,1 Затем в автоклаве устанавливают перегородку.

разделяющую зону растворения и синтеза.. Автоклав герметиризуют и устанавливают в печь сопротивления, где его нагревают до Т 500 С с температурным градиентом Лt в 1,2 град/см. Давление в автоклаве вследствие расширения жидкой фазы при нагревании составляет 1050 атм. Время выдержки автоклава в эксперименте 12 сут.

Исходные компоненты шихты растворяются и за счет конвективного движения раствора, вызванного температурным градиентом, транспортируются в- реакционную зону синтеза, где, взаимодействуя с ионами калия, образуют монокристаллы K-SbTa O.,-. Полученные монокристаллы имеют размеры 3,4- 3,8 мм, их выход составляет 92,5% от исходных компонентов шихты.

О) Ј

00

со со

Пример 2. Исходные компоненты шихты Sb20j (30 г) и Таг05 (11 г), взятые в массовом отношении 3:1,1, загружают на дно автоклава, в который заливают водный раствор KF и НаОг концентрацией 59 и 5 мас.% соответственно. Объемное отношение VKP/VHЈOZсоставляет 3:1, а объемное отношение V V paBHo А,2;1,4. В автоклаве размещают перегородку, его герметиризуют и помещают в печь сопротивления, где нагревают до 520°С, вследствие чего давле

ние в результате расширения жидкой фазы при нагревании достигает 1100 атм. Температурный градиент, необходимый для конвекционного массо- переноса растворенных оксидов сурьмы и тантала, а также для создания пересыщения, составляет 1,4 град/см. Растворенные компоненты, реагируя в реакционной зоне синтеза автоклава

,с ионами калия, образуют монокристаллы KgSbTajOtf. Выход монокристаллов

составляет 93,3%, а размеры их составляют от 3,6 до 4,1 см.

Пример 3. Порядок проведения экспериментов аналогичен примеру 1 . Технологические параметры эксперимента: соотношение исходных компонентов 8ЬгО$ (30 г) и Та20 (17,6 г) составляет 3,5:1,6; концентрация растворов KF и Н204 равна 62 и 6 мас.% соответственно; объемное отношение жидкой и твердой фазы 4,2:1,4; жидкой к жидкой 4:1,4; температурный градиент 1,8 град/см,1 температура 550аС, давление 1250 атм. В результате описанного в примерах 1 и 2 процесса при данных параметрах происходит образование монокристаллов стибиотанталата калия. Выход монокристаллов 957,, размеры кристаллов составляют 3,9-4,5 мм.

Основные параметры процесса получения монокристаллов К 8ЬТадО15представлены в таблице.

Определение химического состава и идентификацию монокристаллов осуществляли методом рентгеноспектраль- ного и рентгеноструктурного анализа.

В рентгеноструктурных исследова- ниях использованы методы Лауэ, Вей- сенберга и порошка при СиК -излуче нии.

Установлено, что монокристаллы относятся к дитригональнопирамидально5

0

5

му (3 т) классу тригональной синго- нии с параметрами элементарной ячейки: а0 10,653+0,004, с0 11,597+ ,005 А (в гексагональной установке).

Изучение систематики погасаний рефлексов на вейсенбергограммах, симметрии лауэграмм с учетом изучения пироэффекта позволяет выбрать для Q монокристаллов К SbTag-O полярную пространственную группу R3m.

Синтезированные монокристаллы во всех случаях были огранены тремя простыми формами: Г00011, ГООоГХ, (1120V ) l}

Диэлектрические свойства изучались с использованием моста Е-8-2 на частоте 1. кГц. Пироэффект измеряли динамическим методом с частотой модуляции теплового потока 1 кГц. Для этих измерений образцы монокристаллов изготовляли в виде отшлифованных пластин толщиной 300 мкм, вырезанных в направлениях 0001 , iOTOJ , jjOltoJ,

На противоположные стороны плас

5

0

тин наносили электроды вжиганием серебряной пасты при 500-600°С. Выращенные монокристаллы были монодоменными и не требовали дополнительной поляризации. Пироэффект был обнаружен только в срезе, перпендикулярном оси Ј0001J.

Установлено, что максимум величины пирокоэффициента ( jj1 ) находится при 340°С. При исследовании температурных зависимостей диэлектрической проницаемости Ј(Т,°С) и тангенса угла диэлектрических потерь tg a (Т,°С), в районе 340°С наблюдается четко выраженный фазовый переход.

Из совокупности диэлектрических и пироэлектрических измерений следует, .что синтезированные кристаллы являются сегнетоэлектриком с точкой Кюри Т , 340° С и величиной пирокоэффи- циента jf 70 ед.СГСЕ. Монокристаллы К ЗЬТа О обладают также высокими пьезоэлектрическими свойствами. Объемный пьезоэффект (эталон - кварцевая пластина) составляет 4,5-10 ед.СГСЕ, 0 что говорит об их хорошей перспективности при использовании в качестве пьезодатчиков.

Предлагаемый способ эффективен, так как позволяет получать сегнето- 5 электрические монокристаллы

KgSbTafOffC высоким выходом, больших, размеров и хорошего качества, а также монодоменные монокристаллы, что

51

не требует их дополнительной поляризации при использовании в качестве рабочих элементов в пьезодатчи- ках и пироэлектрических преобразователях различного назначения. Способ рентабелен, воспроизводим, а выход и размеры монокристаллов стибиотан- талата калия определяются только емкостью рабочей аппаратуры и разработанными физико-химическими параметрами.

Использование данного способа позволяет расширить производство нового класса тригональных сегнето- электриков, необходимых для новой техники.

ормула изобретения

1. Способ получения монокристаллов стибиотанталата калия путем перекристаллизации шихты, содержа9

щей оксиды сурьмы (III) и тантала (V), в водном растворе, содержащем калиевую соль фторонодородной кислоты и пероксид водорода, при высоких температуре, давлении и наличии температурного градиента между зонами растворения и роста, отличающийся тем, что, с целью

повышения выхода и размеров монокристаллов, в качестве калиевой соли фтороводородной кислоты берут фторид калия концентрацией 56-62 мас.% при его объемном отношении в растворе к пероксиду водорода концентрацией 4-6 мас.%, равном (3-4):(1-1,4), массовое соотношение оксида сурьмы и оксида тантала берут равным (3-3,5):(1,1-1,6).

2. Способ поп.1,отличающ и и с я тем, что процесс ведут при объемном соотношении жидкой и твердой фаз (3,1-4,2):(1,1-1,4).

Изобретение относится к технологии получения монокристаллов стибио-танталата калия и может быть использовано в пъезотехнике. Цель изобретения - повышение выхода и размеров монокристаллов. Гидротермальный процесс выращивания кристаллов ведут при массовом соотношении оксида сурьмы (III) и оксида тантала (V)