Способ получения легированной двуокиси кремния Советский патент 1979 года по МПК C01B33/12 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЁГИГОВАННОЙ ДВУОКИСИ КРЕМНИЯ

Изобретение относится к неорганической химии, в частности к способам получения легированной двуокиси крем ния, которая применяется для изготов ления оптических стекол и волоконнооптических линий связи. Известен -способ получения двуокиси кремния, легированной окисью алюминия, путем обработки алкосисилана легкогидролизующимся соединением алюминия, например хлоридом алюминия с последующим совместным гидролизом, сушкой и термообработкой 1. Однако по этому способу возможно получение легированного продукта с содержанием легирующего компонента не более 1% и при этом не обеспечивается достаточная равномерность его распределения в объеме материала. Наиболее близок к предлагаемому изобретению способ получения легированной двуокиси кремния, включающий предварительный гидролиз алкоксисила на в водно-спиртовой среде при моляр соотношении алкоксисилан: вода 3,30,66 и концентрации кислоты 1.10 моль/л, смешение продукта гидролиза с соединением легирующего металла, повторный гидролиз полученной смеси и последующую термообработку гидролизата 2.. Однако использование на стадии предварительного гидролиза указанных соотношений реагентов и концентрации кислоты приводит к неравномерному распределению легирующего компонента. . из-за глубокого гидролиза алкоксисилана на первой стадии и образования глобул, состоящих из чистой двуокиси кремния, на поверхность которой можно ввести только небольшое количество легирующего компонента (до 1%), а при превышении концентраций ( наблюда -. ется образоваяие фазы лигатуры. Цель изобретения - повышение равномерности распределения легирующего компонента в легированной двуокиси кремния. Это достигается предлагаемом.способом получения легированной двуокиси кремния путем гидролиза гшкоксисилана в водно-спиртовой среде при молярном соотношении алкоксисилан: вода 5-20 и концентрации катгшизатора 1 .Ю моль/л, смешения продукта гидролиза с соединениями легирующих металлов, последующего повторного гидролиза полученной смеси и термообработки гидролизата. Предлагаег плй способ обеспечивает получение равномерно легированного продукта, который по данным ИК-спектрального и рентгенофазового анализов не имеет индивидуальной фазы легируго|Дих компонентов. Проведение предварительного гид)олиэа в условиях предлагаемого спороба обусловливает гидролиз только, одной этоксигруппы алкоксисилана и образующийся продукт-алкокс силанол реагирует с лигатурой rjo схемё . (ROft) Si - ОН X - МеЧКОэ) - Si г - О -JMe - НХ, iгде X - алкоксигруппа или анион кислоты;. Me- металл любой валентности, что обеспечивает равномерное легирование двуокиси кремния как одним, так .и несколькими элементами в широ ком - концентрационном интервале. Повторный гидролиз можно проводить как в кислой, Так и в щелочной среде. При этом происходит омылени.«э только алкоксигрупп. у кремния и алкокси(анион)групп у металла,а связь 51- о - Me остается. П ри м е р 1. В круглодонную ко бу, снабженную мешалкой, заливают 264 мл тетразтоксисилана и 323 мл этилового спирта,добавляют 3,8 мл H с к;онцентрацией соляной кислоты 1,1 моль/л и перемешивают в течение 30 мин. В реакционную массу добавляют 52мл.тетраэтоксититана и перемешивают 30 мин. Чатем в нее добавляют 300 МП 10%-ного водного раствора ам миака и пермешивают 2 ч. Полученный золь термообрабатывают. Готовый про дукт содержит 20 моль % Tiо. Связи Тч - о - Ti по данным ИК-спектроскопии отсутствуют. : И р и м е р 2. Предварительный гидролиз проводят как в примере 1, а затем добавляют 28,5 мл GeCI и .перемешиваю т 1 ч.. В реакционную сме добавляют 25(0 мл воды и перемешивают в течение,2 ч.Полученный золь те мообрабатыйают. Готовый 11рТ)Дукт сод жит 20 моль % GeO П р и м е р 3. В круглодонную ко бу с маиалкой помещают 212 мл тетра этоксисилана и 140 мл этилового спирта,- добавляют 2,5 мл воды с концен-. трацией соляной (азотной) кислоты 1.1СГ моль/л, перемешивают в течение 4 ч. К реакционной смеси добавляют 100 мл спиртового раствора с концентрациями тетраэтокси (тетрахлорида) титана 1,0; изопропоксиалюминия (или соли алюминия) 0,3; тетрахлорида олова 0,05 -моль/л и перемешивают .в течение 1ч. Чатем добавляют 300 мл воды и пермешивают 2ч. Полученный золь термообрабатывают. Готовый продукт содержит 7,9 моль %, 1,3 моль % 0,43 моль % SnO. Связи Ti - о - Ti , А1 - о - АЕ - sn - 0-Sn по данным ЯК-спектроскопии iTS обнаружены. Таким.образом предлагаемый способ, обеспечивающий получение легированного продукта на основе двуокиси кремния с равномерным распределением как одного, так нескольких приМесных компонентов в широком концентрационном интервале, значительно расширяет возможности применения }1редлагаемого продукта при изготовлеЬии однородного оптического стекла. Формула изобретения Способ получения легированной двуокиси кремния, включающий гидролиз алкоксисилана в водно-спиртовой среде в присутствии кислотного катализатора, смешение продукта гидролиза с соединениями легирующих металлов, повторный гидролиз полученной смеси и термообработку гидролизата, отличающийся тем, что, с целью повышения равномерности распределения легирующего компонента, гидролиз алкосисилана проводят при молярном соотношении алкоксисиланагвода 5-20 и концентрации -катализатора l..10 моль/л. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР№ 33.2701, кл. С 01 В 33/12, 24.07.70. 2.- Патент США 3709833, кл. 252-448, 21.08.70.