способ получения сложного оксида иттрия, бария и меди

Формула изобретения

Способ получения сложного оксида иттрия, бария и меди YBa ₂Cu₃O_7- из водного раствора, содержащего нитраты иттрия, бария и меди, с использованием термообработки, отличающийся тем, что проводят совместную сорбцию иттрия, бария, меди в заданном мольном соотношении Y:Ba:Cu=1:2:3 на стадии сорбции из указанного раствора на карбоксильном катионите КБ-4п-2 с дальнейшей сушкой и последовательным нагреванием катионита при температуре 110°С - 2 ч, при 250°C - 2 ч, при 450°C - 5 ч, при 600°C - 3 ч, при 850°C - 6 ч и затем 1 ч в атмосфере кислорода.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к получению сложного оксида иттрия, бария и меди состава YBa₂Cu₃ O_7- и может быть использовано в микроэлектронике.

Известен способ получения данного соединения, включающий приготовление исходной шихты путем смешения оксидов иттрия, меди и карбоната бария с последующим отжимом и многократным промежуточным перетиранием продуктов отжига (т.н. керамический способ синтеза) (Итоги науки и техники. Серия «Химия твердого тела». Т.6. - М.: ВИНИТИ, 1988, с.36-37). Недостатками способа являются многоступенчатость процесса, высокая температура синтеза, а также трудность достижения химической однородности продукта.

Известен также химический способ получения YBa₂Cu ₃O_7- путем взаимодействия водного раствора нитратов иттрия, меди и бария с лимонной кислотой с последующим упариванием раствора до вязкого состояния, дегидратацией в вакууме и отжигом при 900 - 950°С в течение двух часов (RU 2081937 С1, 20.06.1997). Недостатки метода: отсутствие единого мнения о количестве протекающих фазовых переходов, получение химически неоднородного продукта.

Известен также криохимический метод получения YBa ₂Cu₃O_7- , в основе которого лежит распыление предварительно приготовленных и смешанных водных растворов солей соответствующих металлов в хладагент с последующим удалением растворителя (льда) методом сублимационной сушки (Шабатин В.П., Бадун Ю.В., Гордеев И.В. и др. Криохимический синтез высокотемпературных сверхпроводников. // Физикохимия и технология ВТСП материалов. - М.: Наука., 1989, с.126-127). Недостатки метода: при быстром замораживании растворов в гранулах сохраняется большое количество аморфных фаз, на стадии термического разложения солевой смеси происходит частичная потеря меди.

Наиболее близким к предложенному является способ получения Y-Ba-Cu-O оксида путем осаждения указанных металлов в виде оксалатов из водного раствора, содержащего их нитраты и ацетаты. Осаждение проводят щавелевой кислотой при pH 3,5-4,0 и комнатной температуре с последующим термическим разложением смеси оксалатов и отжигом продукта термолиза в токе кислорода при 950°C. Недостаток способа заключается в сложности достижения стехиометрии по катионам (1:2:3), состав оксидов сильно зависит от pH, наличие карбоната бария в продуктах термического разложения (F. Caillaud, J-F. Baumard and A. Smith A model for the preparation of YBa₂Cu₃O_7- orthorhombic phase by controlled precipitation of oxalates. Mat. Res. Bull., 1988. Vol.23, P.1273-1283).

Цель изобретения является упрощение процесса.

Цель достигается тем, что сложный оксид YBa₂Cu₃ O_7- получают путем термического разложения композиционного материала «ионит - сорбированные ионы» взятых в атомных соотношениях 1:2:3.

Отличительными признаками изобретения является сорбционный метод с последующим термическим разложением.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что при сорбции ионов иттрия, бария, меди из водных нитратных растворов их солей в строго рассчитанных концентрациях на карбоксильном катионите КБ-4п-2 достигается равномерное распределение ионов металлов и их атомное соотношение 1:2:3.

На последних стадиях сушки и термического разложения происходит выгорание органической части ионита и взаимодействие ионов с образованием сложного оксида YBa₂Cu₃O_7- в виде микросфер.

Пример. Навеску катионита КБ-4п-2 в аммонийной форме заливают раствором, содержащим нитраты иттрия, бария и меди, причем концентрации иттрия, бария и меди в растворе соответственно равны , , . Полученный композиционный материал «ионит - сорбированные ионы» высушивают и подвергают последовательной термообработке при температурах 110°C - 2 ч., при 250°C - 2 ч., при 410°C - 5 ч., при 600°C - 3 ч., при 850°C - 6 ч и затем 1 часа в атмосфере кислорода. В результате образуется сложный оксид YBa₂Cu₃O_7- с атомным соотношением Y:Ba:Cu=1:2:3.

Таким образом, предложенный способ позволяет упростить достижение стехиометрии по катионам на стадии сорбции по сравнению с прототипом. В условиях пиролиза синтез необходимого соединения осуществляется не по реакциям химического взаимодействия между веществами (оксидами, солями и т.д.), а между ионами, расположенными друг от друга на атомных расстояниях. Отмеченное облегчает и ускоряет процесс образования синтезируемого соединения. Конечным продуктом в этом случае является повторяющий форму зерна ионита гранулят, представляющий по своей микроструктуре плотную упаковку из очень мелких кристаллитов. При формировании из таких гранулятов объемного изделия, последние сохраняют первичную структуру, что обеспечивает высокие механические и физико-химические свойства готового продукта.