способ получения нанодисперсного порошка гексаборида иттрия

Классы МПК:C01B35/04 бориды металлов
C01F17/00 Соединения редкоземельных металлов, те скандия, иттрия, лантана или группы лантаноидов
B82B3/00 Изготовление или обработка наноструктур
Автор(ы):,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2009-08-03
публикация патента:

Изобретение может быть использовано при изготовлении катодов генераторных и электронных устройств. Нанодисперсный порошок гексаборида иттрия получают электролизом расплава, содержащего, мольн.%: хлорид натрия - 50,0, хлорид калия - 30,0, хлорид иттрия - 15,0 и фторборат калия - 5,0, при плотности тока 2,5-5,0 А/см 2, температуре 700-750°С в течение 30-40 мин. После полного остывания расплава боридно-солевую грушу отмывают и сушат. Удельная поверхность полученного гексаборида иттрия 30,0-43,5 м2/г, размер частиц 0,5-40 нм. Сокращается время процесса, повышается чистота продукта. 3 пр.

Изобретение относится к электрохимическому синтезу соединений иттрия и может быть использовано для получения нанодисперсного чистого порошка гексаборида иттрия, обладающего развитой поверхностью, полупроводниковыми свойствами. Гексаборид иттрия применяется в качестве катода для мощных генераторных устройств, успешно заменяя металлические, а также в разборных системах различных электронных устройств.

Известен способ получения гексаборида иттрия прямым синтезом из иттрия и бора [Lundstrom Т. Structural studies of the solid solubility of transition metals in способ получения нанодисперсного порошка гексаборида иттрия, патент № 2448044 -rhombohedral boron. - J. Less-Common Metals. 1973, vol.6, p.299-305]. Недостатком этого способа является низкий выход продукта. Способ термического восстановления оксидов и хлоридов иттрия и бора гидридом лития [Камарзин А.А., Соколов В.В., Зеленин Ю.М., Стонога Ю.А. Способ получения боридов редкоземельных металлов. Патент № 2123975] характеризуется высокими температурами процесса, кроме того, получается крупнозернистые продукты.

Наиболее близким к предлагаемому методу является способ получения боридов редкоземельных металлов и иттрия путем электролиза расплава, содержащего криолит и бораты натрия с добавкой гидроксида и карбоната натрия по патенту US 3902973 А, кл. С25В 1/00, 1975. Температура процесса 900-1100°С. Недостатком прототипа является более высокая температура, низкая скорость синтеза, а также крупнозернистые частицы продукта.

Задачей, поставленной авторами изобретения, является повышение дисперсности порошка, повышение скорости процесса и чистоты целевого продукта, а также снижение температурных режимов процесса.

В основе ВЭС нанопорошков гексаборидов иттрия лежат многоэлектронные электрохимические процессы совместного выделения иттрия и бора на катоде и их последующим взаимодействием на атомарном уровне с образованием наноразмерных порошков. В виду того, что взаимодействие компонентов на катоде происходит практически на атомарном уровне (кластеров), то уменьшение размеров наночастиц твердосплавной композиции ведет к увеличению доли поверхностной энергии и, следовательно, к снижению температуры (практически на 200-400°С) взаимодействия иттрия с компонентами расплава с образованием гексаборидов. Возможность применения расплавленных солей для получения редкоземельных элементов и их сплавов подтверждена многими исследователями.

Процесс проводится в трехэлектродной ячейке в электропечи при 700-750°С. Анодом и одновременно контейнером для расплава служит стеклоуглеродный тигель. В качестве электрода сравнения используется платиновый электрод, скрученный в спираль, площадь которого более чем на порядок превышал площадь катода или стеклоуглеродный электрод. Рабочий электрод - вольфрамовый стержень. Синтез происходит в атмосфере очищенного и осушенного аргона, ячейка закрыта герметично.

При достижении рабочей температуры 700-750°С в расплав фонового электролита - смесь хлоридов натрия и калия - добавляют хлорид иттрия, а затем фторборат калия. Электролиз осуществляют в атмосфере аргона в гальваностатическом режиме при плотности катодного тока 2,5-5,0 А/см2. Выход по току 85-90%.

Нанодисперсные порошки гексаборида иттрия получаются при плотностях тока 2,5-5,0 А/см2 . При низких концентрациях фторбората получается диборид иттрия. Если концентарация фторбората слишком высокая, то в процессе электролиза получается смесь различных боридов, и свободный бор.

Процесс электросинтеза можно представить в виде последовательных стадий:

- выделение более электроположительного компонента (бор);

- выделение более электроотрицательного компонента (иттрий) на предварительно выделенном боре;

- взаимная диффузия иттрия и бора с образованием соединения YB 6.

Пример 1. Процесс получения нанодисперсного порошка гексаборида

иттрия осуществляют в расплавленной смеси KCl-NaCl. Температура 700°С. Катод - вольфрамовый стержень диаметром 0,4 см. Анод - стеклоуглеродный тигель. Плотность тока 2,5 А/см2. Продолжительность электролиза составляет 40 мин, после чего из расплава вынимают боридно-солевую грушу. После полного остывания до комнатной температуры боридно-солевую грушу отмывают дистиллированной водой, и раствором 1 н. NH 4OH. После чего порошок борида иттрия высушивают в сушильном шкафу при температуре 150°С. По данным рентгенофазового анализа катодный осадок состоит из гексаборида иттрия YB 6 и небольшого количества диборида иттрия YB2 до 10%. По данным сканирующего зондового микроскопа размер частиц 5-40 нм.

Пример 2. Процесс получения нанодисперсного порошка гексаборида иттрия осуществляют в расплавленной смеси KCl - NaCl. Температура 700°С. Катод - вольфрамовый стержень диаметром 0,4 см. Анод - стеклоуглеродный тигель. Плотность тока 3,5 А/см2. Продолжительность электролиза составляет 30 мин, после чего из расплава вынимают боридно-солевую грушу. После полного остывания до комнатной температуры боридно-солевую грушу отмывают дистиллированной водой, и раствором 1 н. NH 4OH. После чего порошок гексаборида иттрия высушивают в сушильном шкафу при температуре 150°С. По данным рентгенофазового анализа катодный осадок состоит из гексаборида иттрия YB 6. Выход по току 87-92%. Размер частиц по данным сканирующего зондового микроскопа - 1-25 нм.

Пример 3. Процесс получения нанодисперсного порошка гексаборида иттрия осуществляют в эквимольном расплаве KCl-NaCl. Температура 750°С. Катод - вольфрамовый стержень диаметром 0,4 см. Анод - стеклоуглеродный тигель. Плотность тока 5,0 А/см2. Продолжительность электролиза составляет 40 мин, после чего из расплава вынимают боридно-солевую грушу. После полного остывания до комнатной температуры боридно-солевую грушу отмывают дистиллированной водой, и раствором 1 н. NH4OH. После чего порошок гексаборида иттрия высушивают в сушильном шкафу при температуре 150°С. По данным рентгенофазового анализа катодный осадок состоит из гексаборида иттрия YB6. Выход по току 80-83%. Удельная поверхность порошка - 41,0-43,5 м2/г. Размер частиц по данным сканирующего зондового микроскопа - 0,5-10 нм.

Технический результат изобретения заключается в возможности получения нанодисперсного порошка гексаборида иттрия с размерами частиц 0,5-40 нм и в повышении скорости получения (синтеза) в два раза (продолжительность электролиза 30-40 мин), и чистоты целевого продукта, а также снижение температурных режимов процесса.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ получения нанодисперсного порошка гексаборида иттрия, включающий электролиз расплава с последующей отмывкой и сушкой, отличающийся тем, что электролиз ведут при плотности тока 2,5-5,0 А/см2, температуре процесса 700-750°С, продолжительности процесса 30-40 мин и при следующем соотношении компонентов, мол.%:

хлорид натрия50,0
хлорид калия 30,0
хлорид иттрия15,0
фторборат калия 5,0


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2448044

patent-2448044.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C01B35/04 бориды металлов

Патенты РФ в классе C01B35/04:
способ получения нанодисперсных порошков нитрида бора и диборида титана -  патент 2523471 (20.07.2014)
способ получения додекаборида алюминия -  патент 2513402 (20.04.2014)
способы изготовления порошков диборида титана -  патент 2513398 (20.04.2014)
электролитический способ получения ультрадисперсного порошка гексаборида диспрозия -  патент 2510630 (10.04.2014)
электролитический способ получения ультрадисперсного порошка гексаборида гадолиния -  патент 2507314 (20.02.2014)
способ получения порошка диборида титана для материала смачиваемого катода алюминиевого электролизера -  патент 2498880 (20.11.2013)
электролитический способ получения ультрадисперсного порошка гексаборида гадолиния -  патент 2466217 (10.11.2012)
электролитический способ получения ультрадисперсного порошка гексаборида церия -  патент 2466090 (10.11.2012)
постоянный магнит и способ его изготовления -  патент 2458423 (10.08.2012)
способ получения сверхпроводящего трехкомпонентного борида -  патент 2443627 (27.02.2012)

Класс C01F17/00 Соединения редкоземельных металлов, те скандия, иттрия, лантана или группы лантаноидов

Патенты РФ в классе C01F17/00:
способ кристаллизации фосфатов рзм из растворов экстракционной фосфорной кислоты -  патент 2529228 (27.09.2014)
способ извлечения редкоземельных элементов из экстракционной фосфорной кислоты при переработке хибинских апатитовых концентратов -  патент 2528692 (20.09.2014)
новый желтый неорганический пигмент из самария и соединений молибдена и способ его получения -  патент 2528668 (20.09.2014)
способ получения сольвата хлорида неодима с изопропиловым спиртом для неодимового катализатора полимеризации изопрена -  патент 2526981 (27.08.2014)
способ извлечения редкоземельных металлов из фосфогипса -  патент 2526907 (27.08.2014)
способ извлечения редкоземельных элементов из экстракционной фосфорной кислоты -  патент 2525947 (20.08.2014)
способ извлечения редкоземельных элементов из гидратно-фосфатных осадков переработки апатита -  патент 2524966 (10.08.2014)
способ очистки фосфатно-фторидного концентрата рзэ -  патент 2523319 (20.07.2014)
композиция на основе оксидов циркония, церия и другого редкоземельного элемента при сниженной максимальной температуре восстанавливаемости, способ получения и применение в области катализа -  патент 2518969 (10.06.2014)
способ выделения гадолиния экстракцией фосфорорганическими соединениями -  патент 2518619 (10.06.2014)

Класс B82B3/00 Изготовление или обработка наноструктур

Патенты РФ в классе B82B3/00:
способ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок -  патент 2529604 (27.09.2014)
многослойный композиционный материал для защиты от электромагнитного излучения -  патент 2529494 (27.09.2014)
способ функционализации углеродных наноматериалов -  патент 2529217 (27.09.2014)
нанокомпонентная энергетическая добавка и жидкое углеводородное топливо -  патент 2529035 (27.09.2014)
способ получения насыщенных карбоновых кислот -  патент 2529026 (27.09.2014)
способ получения катализатора для процесса метанирования -  патент 2528988 (20.09.2014)
способ модифицирования углеродных нанотрубок -  патент 2528985 (20.09.2014)
полимерный медьсодержащий композит и способ его получения -  патент 2528981 (20.09.2014)
композиции матриксных носителей, способы и применения -  патент 2528895 (20.09.2014)
полимерное электрохромное устройство -  патент 2528841 (20.09.2014)


Наверх