RU2697562C1 - Method of producing a low-agglomerated nanosized precursor for synthesis of solid solutions of yttrium-aluminum garnet with rare-earth element oxides - Google Patents

Method of producing a low-agglomerated nanosized precursor for synthesis of solid solutions of yttrium-aluminum garnet with rare-earth element oxides Download PDF

Info

Publication number
RU2697562C1
RU2697562C1 RU2018128751A RU2018128751A RU2697562C1 RU 2697562 C1 RU2697562 C1 RU 2697562C1 RU 2018128751 A RU2018128751 A RU 2018128751A RU 2018128751 A RU2018128751 A RU 2018128751A RU 2697562 C1 RU2697562 C1 RU 2697562C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
yttrium
hydrogen peroxide
rare
solution
concentration
Prior art date
Application number
RU2018128751A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Сергеевич Кулешов
Ирина Сергеевна Чикулина
Светлана Эдуардовна Хорошилова
Анатолий Федорович Голота
Виталий Алексеевич Тарала
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Priority to RU2018128751A priority Critical patent/RU2697562C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2697562C1 publication Critical patent/RU2697562C1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/16—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
    • B22F9/18—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds
    • B22F9/24—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds starting from liquid metal compounds, e.g. solutions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B82B3/0009—Forming specific nanostructures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F1/00—Methods of preparing compounds of the metals beryllium, magnesium, aluminium, calcium, strontium, barium, radium, thorium, or the rare earths, in general
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F7/00—Compounds of aluminium
    • C01F7/02—Aluminium oxide; Aluminium hydroxide; Aluminates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F7/00—Compounds of aluminium
    • C01F7/78—Compounds containing aluminium and two or more other elements, with the exception of oxygen and hydrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/44—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/50—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on rare-earth compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62645—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering
    • C04B35/62655—Drying, e.g. freeze-drying, spray-drying, microwave or supercritical drying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62645—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering
    • C04B35/62675—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering characterised by the treatment temperature
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/16—Oxides
    • C30B29/22—Complex oxides
    • C30B29/28—Complex oxides with formula A3Me5O12 wherein A is a rare earth metal and Me is Fe, Ga, Sc, Cr, Co or Al, e.g. garnets
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/02—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of crystals, e.g. rock-salt, semi-conductors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/1601—Solid materials characterised by an active (lasing) ion
    • H01S3/1603—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/163—Solid materials characterised by a crystal matrix
    • H01S3/164—Solid materials characterised by a crystal matrix garnet
    • H01S3/1643—YAG
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/1685—Ceramics
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/1691—Solid materials characterised by additives / sensitisers / promoters as further dopants
    • H01S3/1698—Solid materials characterised by additives / sensitisers / promoters as further dopants rare earth

Abstract

FIELD: manufacturing technology.SUBSTANCE: invention relates to the technology of obtaining compounds of complex oxides with a garnet structure containing rare-earth elements, which can be used in the technology of synthesis of optical ceramic materials of laser quality when creating active bodies of solid-state lasers of different geometries. Method of obtaining a small agglomerated nano-sized precursor for synthesis of solid solutions of yttrium-aluminum garnet with oxides of rare-earth elements (REE) involves preparation of a mother solution of salt cations of specified composition, based on formula (YREE)AlO, where x is fraction of rare-earth element cation or sum of fractions of REE cations introduced into yttrium-aluminum garnet and substituting yttrium cations by dissolving chlorides or sulphates of yttrium, aluminum and rare-earth metals in water with subsequent evaporation to reduction of initial volume by 2 times, at solution temperature of 125 °C; dispersion of obtained mother solutions in mixture of aqueous ammonia solution with 25 % concentration and hydrogen peroxide of 30–40 % concentration in ratio of volumes of ammonia solution:solution of hydrogen peroxide (6–2):1 with subsequent cooling to 0 °C of obtained precipitate, which is decanted in deionised water to pH=7 and then 2–3 portions of hydrogen peroxide of 30–40 % concentration, wherein the last stage of decantation and washing is carried out with hydrogen peroxide of the same concentration, followed by drying in a vacuum drying cabinet at temperature of 60–80 °C.EFFECT: method of producing less agglomerated nano-sized precursor powders is simple, as a result of its use, the time for obtaining the end product is reduced, homogeneity and fineness of the obtained product is increased.1 cl, 7 dwg, 1 tbl, 5 ex

Description

Изобретение относится к химической области, а именно к технологии получения соединений сложных оксидов со структурой граната, содержащих редкоземельные элементы (РЗЭ), которые могут быть использованы для применения в технологии синтеза оптических керамических материалов лазерного качества при создании активных тел твердотельных лазеров различной геометрии. Способ осуществляют методом осаждения путем введения исходных соединений алюминия, иттрия и легирующих элементов в осадитель с последующим выделением осажденного продукта и прокаливанием полученного порошкообразного продукта при 1200°С. При этом осаждение проводят в присутствии добавки в виде пероксида водорода 30-40% концентрации, взятой в соотношении (6-2):1 объемов раствор аммиака : раствор пероксида водорода. В качестве основного осадителя используют водный раствор аммиака, в зону которого вначале вводят пероксид водорода, 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 (Y1-хРЗЭх)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 промывают 30% раствором пероксида водорода порциями до 3-х раз.The invention relates to the chemical field, and in particular to a technology for producing compounds of complex oxides with a garnet structure containing rare-earth elements (REE), which can be used for use in the synthesis of laser-quality optical ceramic materials to create active bodies of solid-state lasers of various geometries. The method is carried out by the deposition method by introducing the starting compounds of aluminum, yttrium and alloying elements into the precipitant, followed by isolation of the precipitated product and calcining the obtained powdery product at 1200 ° C. In this case, the deposition is carried out in the presence of an additive in the form of hydrogen peroxide of 30-40% concentration, taken in the ratio (6-2): 1 volumes of ammonia solution: hydrogen peroxide solution. An aqueous solution of ammonia is used as the main precipitant, in the zone of which hydrogen peroxide is first introduced, and then a mixed aqueous solution of chloride salts of aluminum, yttrium and alloying elements is introduced in the amount corresponding to the molar ratio of metal cations according to the general formula (Y 1 x REE) x ) 3 Al 5 O 12 . After that, the resulting reaction mixture is stirred at a speed of 300-500 rpm The isolated precipitated product is first washed with water to pH = 7-7.5, then washed with a 30% hydrogen peroxide solution in portions up to 3 times.

Мало агломерированные наноразмерные порошки прекурсора твердых растворов на основе бинарного соединения иттрий-алюминиевого граната (ИАГ) (Y3AI5O12), солегированного ионами редкоземельных элементов получали методом химического обратного осаждения с последующей сушкой и прокаливанием с целью синтеза гомогенного монофазного кубического твердого раствора.Slightly agglomerated nanosized powders of the solid solution precursor based on the binary compound of yttrium-aluminum garnet (YAG) (Y 3 AI 5 O 12 ), co-sorbed by rare-earth ions, were obtained by chemical reverse deposition followed by drying and calcination to synthesize a homogeneous monophasic cubic solid solution.

В качестве лигандов для получения твердого раствора на основе бинарного соединения иттрий-алюминиевого граната (Y3AI5O12) используют оксиды или композиции редкоземельных элементов: Er2O3; Yb2O3; Tm2O3; Ho2O3; композиции Er2O3-Tm2O3; Er2O3-Ho2O3; Er2O3-Tm2O3-Ho2O3; Yb2O3-Tm2O3; Yb2O3-Tm2O3-Но2О3; Yb2O3-Ho2O3, которые вводят в состав иттрий-алюминиевого граната в пределах 1,0-50,0 ат. % по отношению к атому иттрия.As ligands for obtaining a solid solution based on a binary compound of yttrium-aluminum garnet (Y 3 AI 5 O 12 ), oxides or rare-earth element compositions are used: Er 2 O 3 ; Yb 2 O 3 ; Tm 2 O 3 ; Ho 2 O 3 ; Er 2 O 3 —Tm 2 O 3 compositions; Er 2 O 3 —Ho 2 O 3 ; Er 2 O 3 —Tm 2 O 3 —Ho 2 O 3 ; Yb 2 O 3 -Tm 2 O 3 ; Yb 2 O 3 —Tm 2 O 3 —But 2 O 3 ; Yb 2 O 3 -Ho 2 O 3 , which are introduced into the composition of yttrium-aluminum garnet in the range of 1.0-50.0 at. % relative to the yttrium atom.

При введении в состав иттрий-алюминиевого граната (ИАГ) оксидов РЗЭ или их композиций имеет место образование твердых растворов замещения только катионов иттрия на катионы РЗЭ. Поэтому расчеты составов проводятся, исходя из формулы твердого раствора Y3-XMeXAI5O12, где х - доля катиона РЗЭ или сумма долей катионов РЗЭ, вводимых в состав иттрий-алюминиевого граната и замещаемых катионов иттрия.With the introduction of REE oxides or their compositions into the composition of yttrium-aluminum garnet (YAG), solid solutions are formed that replace only yttrium cations with REE cations. Therefore, the calculations of the compositions are carried out based on the formula of the solid solution Y 3-X Me X AI 5 O 12 , where x is the fraction of REE cations or the sum of the fractions of REE cations introduced into the composition of yttrium-aluminum garnet and substituted yttrium cations.

Из уровня техники известен способ (Патент США 5,484,750 (А) 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:The prior art method is known (US Patent 5,484,750 (A) Transparent polycrystalline garnets. Applicant: GEN ELECTRIC [US] IPC: C09K 11/00; C09K 11/77; C09K 11/80; G01T 1/20; G01T 1/202, publication date: January 16, 1996) to obtain a transparent polycrystalline solid-state scintillation material with a YAG structure doped with rare earth ions, including dissolving the initial salt cations, evaporating to a concentrated state, co-coprecipitating by sputtering, followed by filtering the precursor precipitate, decanting, drying, and heat treatment Coy, the method comprising the steps of:

- 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;- a mother liquor of cations of salts of a given composition is formed by dissolving yttrium, aluminum and rare-earth metal chlorides in concentrated hydrochloric acid when heated, then evaporated and sprayed into a basic solution of ammonium oxalate, the precipitate is decanted in deionized water and / or alcohol to remove excess ammonium hydroxyl and / or ammonium carbonate and reaction products, the precipitate is dried at a temperature of about 110 ° C by vacuum drying and calcined in air at a temperature of 750 ° C;

- 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;- after thermal decomposition, the powder is ground in a jet mill or in a planetary mill using zirconia as a grinding tool in isopropyl alcohol, then dried and granules are obtained;

- после гранулирования порошок формуют изостатическим прессованием с получением образцов с относительной плотностью 55%;- after granulation, the powder is formed by isostatic pressing to obtain samples with a relative density of 55%;

- полученные образцы подвергают вакуумному спеканию при температуре 1400-1600°С;- the obtained samples are subjected to vacuum sintering at a temperature of 1400-1600 ° C;

- после вакуумного спекания образцы подвергают горячему изостатическому прессованию при температуре 1350-1600°С, после чего керамические образцы механически шлифуют и полируют.- after vacuum sintering, the samples are subjected to hot isostatic pressing at a temperature of 1350-1600 ° C, after which ceramic samples are mechanically ground and polished.

Недостатком данного способа является образование оксалатов иттрия и редкоземельных элементов, что ведет к многофазности целевого продукта, к светорассеянию и, как следствие, к уменьшению способности материала к спеканию.The disadvantage of this method is the formation of yttrium oxalates and rare earth elements, which leads to the multiphase nature of the target product, to light scattering and, as a result, to a decrease in the ability of the material to sinter.

Изобретение (Способ получения мелкокристаллического нелегированного и легированного иттрий-алюминиевого граната, Патент 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 также 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°C и PH2O=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.Invention (Method for producing small-crystalline undoped and doped yttrium-aluminum garnet, RF Patent RU 2137867 C1, IPC: СЗ0В 7/10, С30В 29/28, C01F 7/02, C01F 17/00, priority date: 04/22/1998) the synthesis of inorganic materials and is used to obtain a mixture for growing YAG single crystals used as active media in solid-state lasers, as well as in the manufacture of high-temperature ceramics. The inventive hydrothermal treatment of a stoichiometric mixture of yttrium and aluminum oxides is carried out in 1-3% aqueous solutions of activators, which are used alkali metal and ammonium salts of saturated organic acids (C1-C3), at 270-360 ° C and P H2O = 56-190 atm. Doped YAG is obtained by introducing additives of neodymium or chromium-containing components into the initial oxide mixture. The invention improves the yield of this product. The environmental friendliness of the synthesis method and the purity of the resulting crystals are due to the one-stage process and the integrity of the autoclave.

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°C способствует сильной агломерации получаемого продукта. Кроме того, применение автоклава в данном процессе является взрывоопасным.The disadvantage of the described invention is the use of salts of alkaline earth metals and organic acids (C1-C3), which leads to the incorporation into the crystal lattice of ions of alkaline earth metals and the deterioration of the lasing properties of high-temperature ceramics. Anions of organic acids (C1-C3) are the "suppliers" of free carbon, which leads to the appearance of a "gray" filter. The process at 270-360 ° C contributes to a strong agglomeration of the resulting product. In addition, the use of an autoclave in this process is explosive.

Из статьи (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) известны 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.From the article (D.O. Lemeshev et al., The Prospect for Creating New Optically Transparent Materials Based on Yttrium Oxide and Yttrium-Aluminum Garnet, Glass and Ceramics, 2008, No. 4, pp. 25-27), various methods of preparation are known transparent ceramic materials based on yttrium-aluminum garnet, for example, sol-gel technology, thermal decomposition of salts, solid-phase synthesis, hydrothermal synthesis, freezing, coprecipitation, combustion.

В цитируемой статье не приводятся конкретные технические решения, а описана перспектива создания новых оптически прозрачных материалов на основе оксида иттрия и иттрий-алюминиевого граната.The cited article does not provide specific technical solutions, but describes the prospect of creating new optically transparent materials based on yttrium oxide and yttrium-aluminum garnet.

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.A known method for producing a transparent ceramic material (RF Patent for the invention RU 2473514, class IPC С04В 35/505, С04В 35/622, С30В 29/28), comprising mixing the preformed matrix with preformed filler, molding the mixture and heat treatment.

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.The disadvantage of this invention is the use of a matrix made in the form of a solid solution of scandium oxide in yttrium oxide and a filler made in the form of a solid solution of scandium oxide in yttrium-aluminum garnet. In addition, this method involves a multi-stage process and numerous grinding processes, which leads to rubbing of the material of grinding media.

Известен способ получения прозрачного керамического материала на основе оксида иттрия, легированного трехвалентными металлами, с добавками иттрий-алюминиевого граната (Заявка РФ на изобретение 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 гидрооксидов 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.A known method of producing a transparent ceramic material based on yttrium oxide doped with trivalent metals, with the addition of yttrium-aluminum garnet (Application of the Russian Federation for invention RU 2009115895, class IPC С30В 29/00, publ. 10.11.2010), which consists in the fact that the original the material is obtained by the method of reverse heterophasic deposition, while to obtain yttrium-aluminum garnet, a mixture of yttrium and aluminum hydroxides is used, which is ground and then introduced the scandium salt, after which thermal decomposition is carried out and ground, obtaining the second component, the first and second components are mixed, the resulting mixture is heated, then the blanks are formed by the method of dry pressing, after which they are subjected to heating to remove the technological binder, and placed in a vacuum oven, after which the transparent ceramic material is ground and polished.

Недостатком данного способа является получение высоко агломерированных гидроксидов и многочисленные процессы измельчения, что ведет к натиранию материала мелющих тел.The disadvantage of this method is the production of highly agglomerated hydroxides and numerous grinding processes, which leads to the grinding of the material of grinding media.

Известен способ получения алюмоиттриевого граната, легированного редкоземельными элементами (Патент РФ на изобретение RU 2503754, кл. МПК С30В 29/28, C09K 11/80, опубл. 10.01.2014), который осуществляют методом осаждения путем введения 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.A known method of producing aluminum yttrium garnet doped with rare earth elements (RF Patent for the invention RU 2503754, class IPC С30В 29/28, C09K 11/80, publ. 10.01.2014), which is carried out by the deposition method by introducing the starting compounds of aluminum, yttrium and alloying elements into a precipitant, followed by separation of the precipitated product and calcination of the obtained powdery product, while the precipitation is carried out in the presence of a fluorine-containing additive, and ammonium bicarbonate is used as a precipitant, in an aqueous solution of which mixing, a mixed aqueous solution of nitric acid salts of aluminum, yttrium and alloying elements is introduced, after which the resulting reaction mixture is stirred and the precipitated product isolated is washed with water, dried and calcined.

Недостатком данного способа является использование фторсодержащей добавки, фторанионы которой ведут к заведомой агломерации частиц за счет образования фторидных «мостиков», и появлению второй фазы в виде фторидов иттрия и редкоземельных элементов.The disadvantage of this method is the use of a fluorine-containing additive, the fluoroanions of which lead to deliberate particle agglomeration due to the formation of fluoride "bridges", and the appearance of the second phase in the form of yttrium fluorides and rare earth elements.

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°C. Ионообменный способ обеспечивает получение наноразмерного порошка алюмоиттриевого граната, не содержащего катионов осадителя, без применения агрессивных сред и давлений.There is also a method of producing nanosized powder of yttrium aluminum garnet (RF Patent RU 2576271 C1, IPC: C01F 17/00, B82B 1/00, B82Y 30/00, priority 23.12.2014). The invention relates to a technology for producing compounds of complex oxides with a garnet structure, which can be used for the manufacture of elements of solid-state lasers of the near and middle IR ranges, for the development of scintillators and phosphors, as well as in the manufacture of heat-resistant ceramics. A method of obtaining nanosized powder of yttrium aluminum garnet involves preparing the initial reaction aqueous solutions containing yttrium (III) and aluminum salts in a molar ratio of 3: 5. First, a precipitating reagent, which is used as a strongly basic gel anion exchange resin AB-17-8 in hydroxide form, is brought into contact with a solution of yttrium (III) salts at room temperature for 20 minutes, then a solution of aluminum (III) salts is added. A precursor product is precipitated from the resulting solution, it is separated from the solution, washed with water, dried and fired at a temperature of 900 ° C. The ion-exchange method provides the production of nanoscale powder of yttrium aluminum garnet, which does not contain precipitating cations, without the use of aggressive media and pressures.

К недостаткам описываемого изобретения следует отнести использование в качестве осадителя сильноосновного гелевого анионита АВ-17-8 в гидроксидной форме, так как на гранулах данного осадителя образуются высоко агломерированные «наросты», что создает большие трудности в отделении продукта-прекурсора от основы анионита.The disadvantages of the described invention include the use of highly basic gel anion exchange resin AB-17-8 as a precipitant in hydroxide form, since highly agglomerated "growths" are formed on the granules of this precipitator, which creates great difficulties in separating the precursor product from the anion exchange resin base.

В качестве наиболее близкого к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения лазерной керамики на основе нанодисперсных порошков алюмоиттриевого граната Y3Al5O12 (Федоров П.П. и др. «Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Приборостроение» №7. 2012. С. 31-34), в котором описан способ получения мало агломерированного наноразмерного прекурсора для синтеза иттрий-алюминиевого граната, легированного редкоземельными элементами, с использованием в качестве исходных растворимых солей хлоридов или сульфатов иттрия и алюминия, а в качестве осадителя используют гидроксид аммония.As the closest to the proposed invention in terms of technical nature and the achieved result is a method of producing laser ceramics based on nanodispersed powders of aluminum yttrium garnet Y 3 Al 5 O 12 (Fedorov P.P. et al., Vestnik MGTU im. NE Baumana. Ser. "Instrument-making" No. 7. 2012. P. 31-34), which describes a method for producing a low-agglomerated nanoscale precursor for the synthesis of yttrium-aluminum garnet doped with rare-earth elements, using silt chloride as the initial soluble salts sulfates of yttrium and aluminum and is used as a precipitant ammonium hydroxide.

Недостатком известного способа является то, что в процессе осаждения и отмывки прекурсора в виде тройных гидроксидов иттрия, алюминия и соответствующих РЗЭ продукт получают чрезвычайно гидрофилированным и в межзеренном пространстве задерживается большое количество маточного раствора, что не позволяет получить высокостехиометричный прекурсор. Кроме того, полученный гидрофилированный тройной гидроксид (прекурсор) необходимо подвергать длительной дегидратации при достаточно высоких температурах.The disadvantage of this method is that during the deposition and washing of the precursor in the form of triple hydroxides of yttrium, aluminum and the corresponding REE, the product is extremely hydrophilic and a large amount of the mother liquor is trapped in the intergranular space, which does not allow to obtain a highly stoichiometric precursor. In addition, the obtained hydrophilic triple hydroxide (precursor) must be subjected to prolonged dehydration at sufficiently high temperatures.

С целью устранения указанных недостатков предлагается способ получения мало агломерированного 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, содержащий пероксид водорода 30-40% концентрации. Осадок декантируют в деионизированной воде до рН=7, последние стадии декантации осуществляют 2-3 порциями пероксида водорода 30-40% концентрации. Образовавшийся прекурсор отжимают на воронке Бюхнера и промывают еще раз на воронке Бюхнера пероксидом водорода 30-40% концентрации. 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°C в течение не менее 8 часов.In order to eliminate these drawbacks, a method is proposed for producing a slightly agglomerated nanoscale precursor for the synthesis of solid solutions of yttrium-aluminum garnet with rare-earth oxides, the starting material being obtained by reverse heterophase deposition by dissolving the chlorides or sulfates of the required cations (yttrium, aluminum and rare-earth metals) in water when heated, then evaporated and sprayed into an aqueous solution of ammonia containing hydrogen peroxide 30-40% concentration and. The precipitate is decanted in deionized water to pH = 7, the last stages of decantation are carried out in 2-3 portions of hydrogen peroxide of 30-40% concentration. The resulting precursor is squeezed on a Buchner funnel and washed again on a Buchner funnel with hydrogen peroxide of 30-40% concentration. After pressing, the obtained precursor powder is transferred from the Buchner funnel to the tracing paper and the tracing paper with the precursor powder is placed in a vacuum oven and dried at a temperature of 60-80 ° C for at least 8 hours.

Технический результат, который достигается при использовании реализации заявляемого технического решения, заключается в получении мало агломерированных наноразмерных порошков прекурсора твердых растворов на основе бинарного соединения иттрий-алюминиевого граната (Y3Al5O12), солегированного ионами редкоземельных элементов.The technical result, which is achieved by using the implementation of the claimed technical solution, is to obtain a low agglomerated nanosized powder of a solid solution precursor based on a binary compound of yttrium-aluminum garnet (Y 3 Al 5 O 12 ), soyed by rare-earth ions.

Предлагаемый способ отличается от известного использованием в составе осадителя (водный раствор аммиака) пероксида водорода 30-40% концентрации, и отмывки на последних стадиях декантации и на воронке Бюхнера пероксидом водорода 30-40% концентрации, что обуславливает решение поставленной цели изобретения.The proposed method differs from the known use of a precipitate (aqueous ammonia solution) of hydrogen peroxide at a concentration of 30-40%, and washing at the last stages of decantation and on a Buchner funnel with a hydrogen peroxide of 30-40% concentration, which determines the solution of the object of the invention.

При определенных соотношениях водного раствора аммиака и пероксида водорода твердая фаза прекурсора оказывается сплошь покрыта кислородными участками молекул пероксида водорода (структурно-механический барьер), что препятствует слиянию частиц в агломераты (дипольный момент воды μ=1,84, дипольный момент пероксида водорода μ=2,1 (фиг. 1, 2). При финишной отмывке прекурсора пероксидом водорода межзеренное пространство заполняется промывной жидкостью, которая разлагается при сушке 2Н2О2→2Н2О+О2 и выделяющийся кислород обладает дополнительным расклинивающим действием.At certain ratios of an aqueous solution of ammonia and hydrogen peroxide, the solid phase of the precursor is completely covered by the oxygen portions of the hydrogen peroxide molecules (structural-mechanical barrier), which prevents the particles from merging into agglomerates (dipole moment of water μ = 1.84, dipole moment of hydrogen peroxide μ = 2 , 1 (Fig. 1, 2). When the precursor is washed with hydrogen peroxide, the intergranular space is filled with washing liquid, which decomposes during drying 2Н 2 О 2 → 2Н 2 О + О 2 and the oxygen released has an additional wedging action.

Заявляемый способ поясняется примерами конкретного исполнения.The inventive method is illustrated by examples of specific performance.

Пример 1. (по прототипу) Готовят маточный раствор катионов солей заданного состава, исходя из формулы (Y1-xPЗЭx)3Al5O12, 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. Полученный осадок высушивают в вакуумном сушильном шкафу при температуре 60-80°C. Продукт сильно агломерирован (фиг. 3) и нуждается в длительной дезагрегации.Example 1. (prototype) Prepare a mother liquor of cations of salts of a given composition, based on the formula (Y 1-x REE x ) 3 Al 5 O 12 , formed by dissolving the chlorides or sulfates of the desired cations (yttrium, aluminum and rare earth metals) in water when heated, then evaporated and sprayed into an aqueous solution of ammonia, the precipitate is decanted in deionized water. The resulting precipitate is dried in a vacuum oven at a temperature of 60-80 ° C. The product is highly agglomerated (Fig. 3) and needs long-term disaggregation.

Пример 2. Готовят маточный раствор катионов солей заданного состава, исходя из формулы (Y1-xРЗЭх)3Al5O12, формируют 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°C). Отдельно готовят смесь водного раствора аммиака 25% концентрации и пероксида водорода 30-40% концентрации в соотношении объемов раствор аммиака: раствор пероксида водорода 6:1. Полученный маточный раствор хлоридов или сульфатов требуемых катионов (иттрия, алюминия и редкоземельных металлов) распыляют в смесь водного раствора аммиака 25% концентрации и пероксида водорода 30-40% концентрации в соотношении объемов раствор аммиака : раствор пероксида водорода 6:1, охлажденный до 0°C. Полученный осадок декантируют в деионизированной воде до рН=7. Влажный осадок высушивают в вакуумном сушильном шкафу при температуре 60-80°C. Продукт агломерирован (фиг. 4) и нуждается в дезагрегации, но в меньшей степени, чем по примеру 1.Example 2. Prepare a stock solution of cations of salts of a given composition, based on the formula (Y 1-x REE x ) 3 Al 5 O 12 , formed by dissolving the chlorides or sulfates of the desired cations (yttrium, aluminum and rare earth metals) in water when heated, then evaporated to reduce the initial volume by 2 times (solution temperature 125 ° C). Separately, a mixture of an aqueous solution of ammonia of 25% concentration and hydrogen peroxide of 30-40% concentration is prepared in the ratio of the volumes of the ammonia solution: hydrogen peroxide solution 6: 1. The resulting mother liquor of chlorides or sulfates of the required cations (yttrium, aluminum and rare-earth metals) is sprayed into a mixture of an aqueous solution of ammonia of 25% concentration and hydrogen peroxide of 30-40% concentration in the volume ratio of ammonia solution: hydrogen peroxide solution 6: 1, cooled to 0 ° C. The precipitate obtained is decanted in deionized water to pH = 7. The wet cake is dried in a vacuum oven at a temperature of 60-80 ° C. The product is agglomerated (Fig. 4) and needs to be disaggregated, but to a lesser extent than in Example 1.

Пример 3. Готовят маточный раствор катионов солей заданного состава, исходя из формулы (Y1-xPЗЭx)3Al5O12, формируют 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°C). Отдельно готовят смесь водного раствора аммиака 25% концентрации и пероксида водорода 30-40% концентрации в соотношении объемов раствор аммиака:раствор пероксида водорода 3:1. Полученный маточный раствор хлоридов или сульфатов требуемых катионов (иттрия, алюминия и редкоземельных металлов) распыляют в смесь водного раствора аммиака 25% концентрации и пероксида водорода 30-40% концентрации в соотношении объемов раствор аммиака : раствор пероксида водорода 3:1, охлажденный до 0°C. Полученный осадок декантируют в деионизированной воде до рН=7. Влажный осадок высушивают в вакуумном сушильном шкафу при температуре 60-80°C. Продукт слабо агломерирован (фиг. 5) и нуждается в измельчении, но в меньшей степени, чем по примеру 2.Example 3. Prepare a stock solution of cations of salts of a given composition, based on the formula (Y 1-x REE x ) 3 Al 5 O 12 , formed by dissolving the chlorides or sulfates of the desired cations (yttrium, aluminum and rare-earth metals) in water when heated, then evaporated to reduce the initial volume by 2 times (solution temperature 125 ° C). Separately, a mixture of an aqueous solution of ammonia of 25% concentration and hydrogen peroxide of 30-40% concentration is prepared in a volume ratio of ammonia solution: hydrogen peroxide solution 3: 1. The resulting mother liquor of chlorides or sulfates of the required cations (yttrium, aluminum and rare-earth metals) is sprayed into a mixture of an aqueous solution of ammonia of 25% concentration and hydrogen peroxide of 30-40% concentration in the volume ratio of ammonia solution: hydrogen peroxide solution 3: 1, cooled to 0 ° C. The precipitate obtained is decanted in deionized water to pH = 7. The wet cake is dried in a vacuum oven at a temperature of 60-80 ° C. The product is slightly agglomerated (Fig. 5) and needs grinding, but to a lesser extent than in example 2.

Пример 4. Готовят маточный раствор катионов солей заданного состава, исходя из формулы (Y1-xРЗЭх)3Al5O12, формируют 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°C). Отдельно готовят смесь водного раствора аммиака 25% концентрации и пероксида водорода 30-40% концентрации в соотношении объемов раствор аммиака:раствор пероксида водорода 2:1. Полученный маточный раствор хлоридов или сульфатов требуемых катионов (иттрия, алюминия и редкоземельных металлов) распыляют в смесь водного раствора аммиака 25% концентрации и пероксида водорода 30-40% концентрации в соотношении объемов раствор аммиака:раствор пероксида водорода 2:1, охлажденный до 0°C. Полученный осадок декантируют в деионизированной воде до рН=7. Влажный осадок высушивают в вакуумном сушильном шкафу при температуре 60-80°C. Продукт слабо агломерирован (фиг. 6) и нуждается в измельчении.Example 4. Prepare a stock solution of cations of salts of a given composition, based on the formula (Y 1-x REE x ) 3 Al 5 O 12 , formed by dissolving the chlorides or sulfates of the desired cations (yttrium, aluminum and rare earth metals) in water when heated, then evaporated to reduce the initial volume by 2 times (solution temperature 125 ° C). Separately, a mixture of an aqueous solution of ammonia of 25% concentration and hydrogen peroxide of 30-40% concentration is prepared in the ratio of the volumes of ammonia solution: hydrogen peroxide solution 2: 1. The resulting mother liquor of chlorides or sulfates of the required cations (yttrium, aluminum and rare-earth metals) is sprayed into a mixture of an aqueous solution of ammonia of 25% concentration and hydrogen peroxide of 30-40% concentration in the volume ratio of ammonia solution: hydrogen peroxide solution 2: 1, cooled to 0 ° C. The precipitate obtained is decanted in deionized water to pH = 7. The wet cake is dried in a vacuum oven at a temperature of 60-80 ° C. The product is slightly agglomerated (Fig. 6) and needs to be ground.

Пример 5. Готовят маточный раствор катионов солей заданного состава, исходя из формулы (Y1-xРЗЭх)3Al5O12, формируют 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°C). Отдельно готовят смесь водного раствора аммиака 25% концентрации и пероксида водорода 30-40% концентрации в соотношении объемов раствор аммиака: раствор пероксида водорода 3:1. Полученный маточный раствор хлоридов или сульфатов требуемых катионов (иттрия, алюминия и редкоземельных металлов) распыляют в смесь водного раствора аммиака 25% концентрации и пероксида водорода 30-40% концентрации в соотношении объемов раствор аммиака: раствор пероксида водорода 3:1, охлажденный до 0°C. Полученный осадок декантируют в деионизированной воде до рН=7. Последнюю стадию декантации и отмывку на воронке Бюхнера проводят пероксидом водорода 30-40% концентрации, что обуславливает окончательное решение поставленной цели изобретения. Влажный осадок высушивают в вакуумном сушильном шкафу при температуре 60-80°C. Продукт практически не агломерирован (фиг. 7) и не нуждается в дезагрегации.Example 5. Prepare a stock solution of cations of salts of a given composition, based on the formula (Y 1-x REE x ) 3 Al 5 O 12 , formed by dissolving the chlorides or sulfates of the desired cations (yttrium, aluminum and rare earth metals) in water when heated, then evaporated to reduce the initial volume by 2 times (solution temperature 125 ° C). Separately, a mixture of an aqueous solution of ammonia of 25% concentration and hydrogen peroxide of 30-40% concentration is prepared in a volume ratio of ammonia solution: hydrogen peroxide solution 3: 1. The resulting mother liquor of chlorides or sulfates of the required cations (yttrium, aluminum and rare-earth metals) is sprayed into a mixture of an aqueous solution of ammonia of 25% concentration and hydrogen peroxide of 30-40% concentration in the volume ratio of ammonia solution: hydrogen peroxide solution 3: 1, cooled to 0 ° C. The precipitate obtained is decanted in deionized water to pH = 7. The last stage of decantation and washing on a Buchner funnel is carried out with hydrogen peroxide of 30-40% concentration, which leads to the final solution of the goal of the invention. The wet cake is dried in a vacuum oven at a temperature of 60-80 ° C. The product is practically not agglomerated (Fig. 7) and does not need to be disaggregated.

Таким образом, заявляемый способ получения мало агломерированных наноразмерных порошков прекурсора является достаточно простым, в результате его использования уменьшается время получения конечного продукта, повышается гомогенность и дисперсность полученного продукта (Таблица 1).Thus, the inventive method for producing a little agglomerated nanoscale precursor powders is quite simple, as a result of its use, the time to obtain the final product decreases, the homogeneity and dispersion of the resulting product increases (Table 1).

Сопоставительный анализ заявляемого изобретения показал, что совокупность существенных признаков заявленного способа получения мало агломерированных наноразмерных порошков прекурсора не известна из уровня техники и соответствует условию патентоспособности «Новизна».A comparative analysis of the claimed invention showed that the set of essential features of the claimed method for producing low agglomerated nanoscale precursor powders is not known from the prior art and meets the patentability condition “Novelty”.

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».In the prior art there were no signs that coincided with the distinguishing features of the claimed invention and affecting the achievement of the claimed technical result, therefore, the claimed invention meets the patentability condition "Inventive step".

Приведенные сведения подтверждают возможность применения заявленного способа для получения мало агломерированных 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».The above information confirms the possibility of using the inventive method to obtain low agglomerated nanoscale precursor powders based on yttrium-aluminum garnet with rare-earth oxides, can be used in the chemical industry and therefore meets the patentability condition "Industrial Applicability".

Figure 00000001
Figure 00000001

Claims (1)

Способ получения мало агломерированного наноразмерного прекурсора для синтеза твердых растворов иттрий-алюминиевого граната с оксидами редкоземельных элементов (РЗЭ), включающий подготовку маточного раствора катионов солей заданного состава, исходя из формулы (Y1-xPЗЭx)3Al5O12, где х - доля катиона редкоземельного элемента или сумма долей катионов РЗЭ, вводимых в состав иттрий-алюминиевого граната и замещающих катионы иттрия, путем растворения хлоридов или сульфатов иттрия, алюминия и редкоземельных металлов в воде при нагревании с последующим упариванием до уменьшения исходного объема в 2 раза, при температуре раствора 125°C; распыление полученных маточных растворов в смесь водного раствора аммиака 25% концентрации и пероксида водорода 30-40% концентрации в соотношении объемов раствор аммиака:раствор пероксида водорода (6-2):1 с последующим охлаждением до 0°C полученного осадка, который декантируют в деионизованной воде до рН=7 и далее 2-3 порциями пероксида водорода 30-40% концентрации, причем последнюю стадию декантации и отмывку проводят пероксидом водорода той же концентрации с последующим высушиванием в вакуумном сушильном шкафу при температуре 60-80°C.A method of producing a small agglomerated nanoscale precursor for the synthesis of solid solutions of yttrium-aluminum garnet with rare earth oxides (REE), including the preparation of the mother liquor of cations of salts of a given composition based on the formula (Y 1-x REE x ) 3 Al 5 O 12 , where - the proportion of the cations of the rare-earth element or the sum of the fractions of REE cations introduced into the composition of yttrium-aluminum garnet and replacing the yttrium cations by dissolving the chlorides or sulfates of yttrium, aluminum and rare-earth metals in water when heated with leduyuschim evaporation to reduce the initial volume by 2 times at 125 ° C of the solution; spraying the resulting mother liquors into a mixture of aqueous ammonia solution of 25% concentration and hydrogen peroxide 30-40% concentration in the volume ratio of ammonia solution: hydrogen peroxide solution (6-2): 1, followed by cooling to 0 ° C of the obtained precipitate, which is decanted in deionized water to pH = 7 and then 2-3 portions of hydrogen peroxide of 30-40% concentration, and the last stage of decantation and washing is carried out with hydrogen peroxide of the same concentration, followed by drying in a vacuum oven at a temperature of 60-80 ° C.
RU2018128751A 2018-08-07 2018-08-07 Method of producing a low-agglomerated nanosized precursor for synthesis of solid solutions of yttrium-aluminum garnet with rare-earth element oxides RU2697562C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018128751A RU2697562C1 (en) 2018-08-07 2018-08-07 Method of producing a low-agglomerated nanosized precursor for synthesis of solid solutions of yttrium-aluminum garnet with rare-earth element oxides

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018128751A RU2697562C1 (en) 2018-08-07 2018-08-07 Method of producing a low-agglomerated nanosized precursor for synthesis of solid solutions of yttrium-aluminum garnet with rare-earth element oxides

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2697562C1 true RU2697562C1 (en) 2019-08-15

Family

ID=67640385

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018128751A RU2697562C1 (en) 2018-08-07 2018-08-07 Method of producing a low-agglomerated nanosized precursor for synthesis of solid solutions of yttrium-aluminum garnet with rare-earth element oxides

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2697562C1 (en)

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GURVINDERJIT SINGH et al., Effect of cerium doping on optical and scintillation properties of transparent YAG ceramic, "Ceramics International", 2017, Vol.43, No.12, pp 9032-9040. *
XIA LI et al., Solvothermal synthesis and luminescent properties of YAG:Tb nano-sized phosphors, "Journal of Physics and Chemistry of Solids", 2005, Vol. 66, No.1, pp 201-205. *
YONGMING ZHANG et al., Synthesis of YAG powders by the co-precipitation method, "Ceramics International", 2009, Vol.35, No.5, pp 2077-2081. *
ФЕДОРОВ П.П. и др., Синтез лазерной керамики на основе нанодисперсных порошков алюмоиттриевого граната Y3Al5O12, "Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. "Приборостроение", 2012, стр.31-34. *
ФЕДОРОВ П.П. и др., Синтез лазерной керамики на основе нанодисперсных порошков алюмоиттриевого граната Y3Al5O12, "Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. "Приборостроение", 2012, стр.31-34. XIA LI et al., Solvothermal synthesis and luminescent properties of YAG:Tb nano-sized phosphors, "Journal of Physics and Chemistry of Solids", 2005, Vol. 66, No.1, pp 201-205. YONGMING ZHANG et al., Synthesis of YAG powders by the co-precipitation method, "Ceramics International", 2009, Vol.35, No.5, pp 2077-2081. GURVINDERJIT SINGH et al., Effect of cerium doping on optical and scintillation properties of transparent YAG ceramic, "Ceramics International", 2017, Vol.43, No.12, pp 9032-9040. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Co-precipitation synthesis route to yttrium aluminum garnet (YAG) transparent ceramics
JP6393974B2 (en) Solid electrolyte precursor, method for producing the same, method for producing the solid electrolyte, and method for producing the solid electrolyte-electrode active material composite
Loghman-Estarki et al. Comparative studies on synthesis of nanocrystalline Sc 2 O 3–Y 2 O 3 doped zirconia (SYDZ) and YSZ solid solution via modified and classic Pechini method
WO2006106745A1 (en) Light-transparent material and process for producing the same
Lv et al. Synthesis of nano-sized and highly sinterable Nd: YAG powders by the urea homogeneous precipitation method
RU2689721C1 (en) Method of producing high-stoichiometric nano-sized materials based on yttrium-aluminum garnet with rare-earth element oxides
Rahmani et al. A comparative study of synthesis and spark plasma sintering of YAG nano powders by different co-precipitation methods
Jing et al. High efficiency synthesis of Nd: YAG powder by a spray co-precipitation method for transparent ceramics
Sarath Chandra et al. Preparation of YAG nanopowder by different routes and evaluation of their characteristics including transparency after sintering
RU2699500C1 (en) Method of obtaining low-agglomerated high-stoichiometric nano-sized precursor powder based on yttrium-aluminum garnet with cations of rare-earth elements
Liu et al. Effect of ammonium carbonate to metal ions molar ratio on synthesis and sintering of Nd: YAG nanopowders
RU2721548C1 (en) Complex method of producing low-agglomerated high-stoichiometric nano-sized precursor powders based on yttrium-aluminium garnet with rare-earth element oxides
RU2707840C1 (en) Method of producing highly stoichiometric nano-sized precursor for synthesis of solid solutions of yttrium-aluminium garnet with rare-earth element oxides
RU2697562C1 (en) Method of producing a low-agglomerated nanosized precursor for synthesis of solid solutions of yttrium-aluminum garnet with rare-earth element oxides
Garskaite et al. Synthesis and structure of europium aluminium garnet (EAG)
WO2009134483A9 (en) Spinel nanopowders
RU2700074C1 (en) Method of reducing particle size and degree of agglomeration at stage of initial precursors synthesis when producing yttrium aluminium garnet
Rahmani et al. Comparison of synthesis and spark plasma sintering of YAG nano particles by variation of pH and precipitator agent
JPH0346407B2 (en)
Song et al. Synthesis of monodisperse erbium aluminum garnet (EAG) nanoparticles via a microwave method
Tel’Nova et al. Phase transformations upon the synthesis of Y 3 Al 5 O 12: Nd
JP3205681B2 (en) Method for producing zirconia powder
Srisombat et al. Chemical synthesis of magnesium niobate powders
RU2700062C1 (en) Method of producing nanostructured powders of solid solutions based on yttrium-aluminum garnet with rare-earth element oxides
RU2600636C2 (en) Method of producing nanocrystalline powder of zirconium dioxide

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210728

Effective date: 20210728