Спосіб отримання монокристалів ортофосфату натрію-цирконію na5zr(po4)3

Винахід відноситься до області хімічної технології та стосується отримання монокристалів ортофосфату натрію-цирконію Nа5Zr(PО4)3 , що може використовуватись як матеріал для йонних провідників. Найбільш близький за технічною суттю до винаходу є спосіб отримання монокристалів ортофосфату натріюцирконію Nа5Zr(PО4)3 з розплаву системи Na2O-ZrO2-P 2O 5 (J.P. Boilot, G. Collin, R. Cones. Zirconium deficiency in Nasicon-Type Compounds: Crystal stucture of Nа5Zr(PО4)3 . // Journal of Solid State Chemistry 50 (1983) 91-99), що передбачає змішування еквімолярних кількостей натрійвмісного фосфату, фосфорвмісного компоненту, та діоксиду цирконію (ZrO2), нагрівання отриманої суміші до високої температури з кристалізацією продукту Nа5Zr(PО4)3 . В подальшому Nа5Zr(PО4) 3 переносять в платиновий тигель та додають дифосфат натрію Na4P2O7, нагріваючи їх при температурі 1100-1190°С з подальшим повільним охолодженням до 850°С. Отримані монокристали Nа5Zr(PО4)3 відмивали гарячою водою та розбавленим розчином соляної кислоти НСl. Основними недоліками наведеного способу отримання монокристалів ортофосфату натрію-цирконію Nа5Zr(PО4)3 , є висока температура 1100-1190°С, тривалий час взаємодії (від 1 до 9 днів) необхідність двостадійності процесу, що призводить до низької його технологічності та отримання зростків кристалів з розмірами 0,1х0,5х0,5 мм. Наведений спосіб отримання монокристалів Nа5Zr(PО4)3 потребує значних енергетичних затрат та використання обладнання високої вартості. В основу винаходу покладено завдання такого удосконалення способу отримання монокристалів ортофосфату натрію-цирконію Nа5Zr(PО4)3, при якому за рахунок додавання метаванадату натрію (NаVО 3) в пропонованій кількості і внаслідок цього - проведення кристалізації з розплаву саме фосфатно-ванадатної системи Na2O-ZrO2-V2 O5-P2 O5 вдається значно знизити температуру (на 100-200 град) та час взаємодії (в 4 рази), а також отримати якісні кристали із значно більшими розмірами до 2,0х2,0х0,1 мм при поліпшенні технологічності з підвищенням продуктивності процесу. Означене завдання вирішується тим, що у способі отримання монокристалів ортофосфату натрію-цирконію Nа5Zr(PО4)3 , який передбачає змішування еквімолярних кількостей натрійвмісного фосфату, фосфорвмісного компоненту та діоксиду цирконію (ZrO2), нагрівання отриманої суміші до високої температури з кристалізацією Nа5Zr(PО4)3 , згідно винаходу при змішуванні додають метаванадат натрію (NaVO3) в кількості 46-50% мас, нагрівання отриманої суміші здійснюють до 950-1000°С, а оптимальним режимом отримання монокристалів є витримка отриманого розплаву протягом 3-5 годин і охолодження зі швидкістю 8-10 град/год до температури 710730°С. У запропонованому способі завдяки отриманню при нагріванні низькоплавкого фосфатно-ванадатного розплаву, як середовища для синтезу ортофосфа ту натрію-цирконію Nа5Zr(PО4)3 , стає можливим отримання монокристалів значних розмірів за невеликі проміжки часу за умов зниження температури взаємодії. Значне поліпшення технологічних умов синтезу пов'язане з особливостями фізико-хімічних процесів, що мають місце у багатокомпонентних розплавах, що містять оксиди ванадію та фосфору. Процес розчинення оксиду цирконію (ZrO2) в системі значно прискорюється завдяки введенню в систему метаванадату натрію ° ° (NaVO3). Внаслідок значної різниці йоних радіусів катіонів: In3+ (0,92 A ) та V5+ (0,48 A ) гетеровалентне заміщення в даному структурному типі малоймовірно, а отже й концентрація V5+ в монокристалах ортодифосфату натрію-індію незначна. Приклад 1 Суміш, що містить: гексаметафосфат натрію (Na6P6O18) (2,7%мас.), натрій пірофосфорнокислий (Na4P2O7) (45,6%мас.), метаванадат натрію (NаVО3) (48,0%мас.) нагрівають до температури 975°С, додають діоксид цирконію (ZrO2) (3,7%мас.). Отриманий розплав витримують впродовж 4 год, та охолоджують зі швидкістю 9 град/год до температури 720°С. Розплав зливають, а тигель з монокристалами ортофосфату натрію-цирконію Nа5Zr(PО4)3 о холоджують до кімнатної температури. Отримані монокристали ортофосфату натрію-цирконію відмивають від залишків розплаву гарячою водою. Значна частина отриманих в такий спосіб кристалів має розміри 2,0х2,0х0,1мм. Загальний вихід кристалів монокристалами ортофосфату натрію-цирконію по відношенню до кристалоутворюючих компонентів складає 48%. Використання низьких температур ( 1000°С) сприяє випаровуванню NaVO3, що значно знижую вихід монокристалів. Кількість метаванадату натрію (NaVO3) підібрано експериментально та визначає в'язкості розплаву, що значною мірою впливає на якість отриманих монокристалів. Як видно, при використанні саме запропонованого способу відбувається отримання якісних монокристалів ортофосфату натрію-цирконію Nа5Zr(PО4)3 з розмірами до 2,0х2,0х0,1мм за незначні проміжки часу.