способ получения шихты для выращивания монокристаллов лантангаллиевого силиката

Формула изобретения

1. Способ получения шихты для выращивания монокристаллов лантангаллиевого силиката, включающий смешивание исходных компонент и последующий нагрев, отличающийся тем, что нагрев проводят в присутствии окислителя до начала протекания реакции самопроизвольного высокотемпературного синтеза, в качестве исходных компонент смешивают оксиды лантана и кремния и металлический галлий, смешивание и нагрев проводят в две стадии, при этом оксиды смешивают в стехиометрическом соотношении с добавлением галлия на первой стадии в количестве 52,5 - 55,3% от стехиометрического, а на второй стадии с добавлением к полученному промежуточному продукту галлия в количестве 44,7 - 47,5% от стехиометрического соотношения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в смесь исходных компонент на первой стадии добавляют воду в количестве 1,8 - 2% от веса смеси.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве окислителя на первой стадии используют смесь воздуха с кислородом в соотношении 5 : 1 соответственно, а на второй стадии используют кислород.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической технологии композиционнных материалов на основе оксидов для выращивания монокристаллов, а именно лантангаллиевого силиката.

Известен способ получения шихты для выращивания кристаллов лантангаллиевого силиката методом твердофазного синтеза путем спекания исходных оксидов лантана, галлия и кремния (Миль Б.В. и др. Модифицированные редкоземельные галлаты со структурой Ca₃Ga₂Ge₄O₁₄. Доклады АН СССР, 1982, т. 264, N 6, с. 1385-1389).

В известном способе оксиды металлов смешивают в стехиометрическом соотношении, затем спекают в кислородосодержащей среде при температуре 1300^oC. Использование полученной таким способом шихты не позволяет выращивать монокристаллы лантангаллиевого силиката стехиометрического состава, поскольку при спекании оксидов металлов происходит потеря легколетучего компонентов. Снижение температуры спекания ниже 1300^oC позволяет уменьшить эффект потери легколетучего компонента, однако это в свою очередь приводит к уменьшению выхода галлосиликата лантана за счет неполноты протекания реакции по объему. Для увеличения полноты синтеза необходимо неоднократно повторять операции измельчения продукта синтеза, смешивания оксидов металлов с последующим нагревом. Это, в свою очередь, приводит к загрязнению продукта, т.к. шихты лантангаллиевого силиката, и увеличению его себестоимости.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному способу является способ получения шихты для выращивания монокристаллов лантангаллиевого силиката, включающий смешивание исходных компонент и последующий нагрев (SU 1506951, 07.12.92).

Известный способ позволяет решить задачу получения шихты для выращивания лантангаллиевого силиката стехиометрического состава и пригодного для использования в пьезотехнике и лазерной технике.

Однако применение в способе окисла галлия Ca₂O₃, получение которого сопровождается дополнительными затратами на его производство, увеличивает себестоимость получаемой шихты.

В рамках данной заявки решается задача снижения себестоимости процесса.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения шихты для выращивания монокристаллов лантангаллиевого силиката, включающем смешивание исходных компонент и последующий локальный и кратковременный нагрев в присутствии окислителя до начала протекания реакции самопроизвольного высокотемпературного синтеза, в качестве исходных компонент смешивают оксиды лантана и кремния и металлический галлий, смешивание и нагрев проводят в две стадии, при этом на первой стадии оксиды смешивают в стехиометрическом соотношении с добавлением на первой стадии галлия в количестве 52,5-55,3% от стехиометрического, а на второй стадии с добавлением к полученному промежуточному продукту галлия в количестве 44,7-47,5% от стехиометрического соотношения. При этом на первой стадии к смеси исходных компонент добавляют воду в количестве 1,8-2% от веса смеси. Кроме того, в качестве окислителя на первой стадии используют смесь воздуха с кислородом в соотношении 5:1 соответственно, а на второй стадии в качестве окислителя используют кислород.

Экспериментально было установлено, что только в рамках заявленных диапазонов концентрации реагентов решается поставленная задача.

Сущность предложенного способа поясняется примером реализации.

Для синтеза шихты лантангаллиевого силиката используют оксид лантана марки ЛаО-Д ТУ 48-4-523-90 оксид кремния ОСЧ-7 ТУ 67-09-4574-7 металлический галлий марки Gа-99,9999 ТУ 48-4-350-75. Смешение и нагрев ведут в две стадии. На первой стадии смешивают 48,0 г оксида лантана с 5,9 г оксида кремния и 18 г металлического расплавленного галлия. После смешения в приготовленную смесь добавляют 1,3 мл дистиллированной воды.

Наличие воды необходимо для снижения температуры реакции, что в итоге обеспечивает нужный дисперсный состав. Полученную смесь формуют в виде брикета, помещают в горизонтальный реактор, в который подают смесь воздуха с кислородом в соотношении 5:1 соответственно со скоростью 10 л/ч. Смесь локально нагревают до начала протекания реакции самопроизвольного высокотемпературного синтеза (СВС), например в вольтовой дуге. В результате горения на первой стадии образуется оксид галлия и происходит частичное взаимодействие компонентов смеси с оксидом галлия. На второй стадии полученный промежуточный продукт смешивают с 16,3 г металлического расплавленного галлия. Полученную смесь формуют в форме брикета, помещают в горизонтальный реактор, в который подают кислород со скоростью 5 л/ч. Смесь локально нагревают до начала протекания реакции. Оксид галлия вступает в реакцию с оксидом лантана с образованием промежуточной фазы, которая при догорании по достижении температуры порядка 1400^oC взаимодействует с оксидом галлия и кремния до образования La₃Ga₅SiO₁₄.

Время реакции на первой и второй стадии 40-50 мин. Остывание до комнатной температуре 40-50 мин.

Полученный шихтовый материал имеет стехиометрический состав и пригоден для выращивания монокристаллов лантангаллиевого силиката.

В таблице приведены результаты осуществления способа при различных значениях заявляемых параметров и вне их.

Данный способ позволяет получать шихту для выращивания лантангаллиевого силиката стехиометрического состава и пригодного для использования в пьезотехнике и лазерной технике.