Спосіб синтезу нової поліморфної модифікації моносульфіду титану

Винахід відноситься до галузі неорганічної хімії та неорганічного матеріалознавства, зокрема до способів одержання сульфідів перехідних металів, окремі представники з яких є перспективними сухими мастильним матеріалами та електродами для елементів живлення. Відомий спосіб одержання моносульфіду ти тану згідно якого TiS одержують шляхом взаємодії стехіометричних співвідношень сірки і порошку титану спресованих у брикети. Синтез здійснювали у вакуумованих кварцових ампулах шляхом ступінчастого відпалу при 573-723, 923, 1023, 1123 та 1273К. В результаті синтезу отримується ромбоедрична фаза TiS (пр.гр. R-3m, параметри ґратки а=3,420, с=26,50Å). Якщо припинити синтез після відпалу при 1123К продуктом синтезу є суміш ромбоедричної та гексагональної модифікацій TiS (пр.гр. Р63/mmc, параметри ґратки а=3,30, с=6,44Å) [1]. Недоліком даного способу є його довготривалість, а також те, що при низьких температурах (до 1123К) продуктом синтезу є суміш двух різних модифікацій моносульфіду титан у, а при вищих - високотемпературна ромбоедрична модифікація. Найбільш близьким до запропонованого є спосіб одержання TiS, який здійснювали безпосередньо синтезом у вакуумованих кварцових ампулах необхідних кількостей елементарного титану і сірки. Температурний режим синтезу полягав у відпалі при 573-633К протягом трьох діб, подальшому нагріві до 833-873К і відпалі при цій температурі протягом п'яти діб. Після цього п'ять діб здійснювали гомогенізуючий відпал продукту взаємодії при 1173-1223К. Продуктом такого способу є, як і в попередньому випадку, двохфазна суміш ромбоедричної і гексагональної модифікацій TiS. Якщо отриманий продукт відпалити ще протягом трьох діб при температурах 1273-1323К, то отримується високотемпературна ромбоедрична модифікація моносульфіду титан у [2]. Недоліками даного способу є довготривалість, а також те, що при низьких температурах отримують суміш двох фаз, а фазово однорідною одержується лише високотемпературна ромбоедрична модифікація TiS. В основу винаходу поставлено завдання оптимізувати режим синтезу і одержати однорідний у фазовому відношенні моносульфід титану за більш простою та доступною методикою. Поставлене завдання досягається тим, що воно реалізується способом, який включає нагрів вакуумованих до 0,13Па кварцових ампул, що містять дрібнодисперсні елементарні компоненти у необхідному стехіометричному співвідношенні, до максимальної температури, і який відрізняється тим, що нагрів здійснюється у неперервному режимі, максимальна температура синтезу становить 1173±25К, охолодження здійснюється у режимі виключеної печі, а продуктом синтезу є моносульфід титану, що кристалізується у структурному типі Cdl2. Перевагою над прототипом є менша тривалість та більша доступність методики синтезу та одержання однорідного у фазовому відношенні продукту нової поліморфної модифікації моносульфіду титану структурного типу Cdl2. Елементарна комірка його представлена на Фіг.1. Це є споріднена до гексагональної модифікації TiS структура особливістю якої є ½ заповнюваність позицій атомами Сульфур у у примітивній гексагональній комірці, що сформована атомами Титану. Структурні параметри були уточнені повнопрофільним методом Рітвельда. Згідно яких нова модифікація TiS кристалізується в тригональній сингонії, пр.гр. P-3m1, а=3,6658(2), c=5,8323(5)Å, Z=1. Спосіб здійснювали наступним чином. В якості вихідних компонентів вибрано дрібнодисперсний титан і сірка у стехіометричному співвідношенні. Синтез здійснювали у вакуумованих до 0,13Па кварцових ампулах. Кварцові ампули поміщалися у однотемпературну електричну піч опору і нагрівали у неперервному режимі до 1173±25К. Одержаний продукт досліджували методом рентгенівського аналізу. Співставлення експериментальної (точки) та розрахованої (суцільна лінія) для моносульфіду титану структурного типу Cdl2 порошкограм (Фіг.2), показало їх ідентичність. Приклад 1. Елементарні вихідні компоненти сірку і титан у вигляді дрібно нарізаної стружки у стехіометричних відношеннях, завантажували у кварцові ампули, які потім вакуумували до 0,13Па. Температурний режим синтезу включав неперервний нагрів до 1173-1293К і охолодження у режимі виключеної печі. При описаній вище методиці синтезу, де в якості вихідного компоненту використовували не дрібнодисперсний титан, взаємодія проходить не до кінця і у продукті взаємодії присутні залишки титану. Приклад 2. Елементарні вихідні компоненти сірку і дрібнодисперсний титан у сте хіометричних відношеннях завантажували у кварцові ампули, які потім вакуумували до 0,13Па. Температурний режим синтезу включав неперервний нагрів до 1273-1323К і охолодження у режимі виключеної печі. При описаній вище методиці синтезу, де максимальна температура перевищувала 1273К, одержано фазово неоднорідний продукт, у якому був присутній крім TiS нової поліморфної модифікації і його відома ромбоедрична модифікація. Отже, як показують приклади 1 і 2, в яких варіюється дисперсність титану та максимальна температура синтезу, умови синтезу, які вказані у формулі винаходу є оптимальними з точки зору доцільності. Винахід може бути використаний при одержанні розробці технологічних умов синтезу халькогенідів перехідних металів. Джерела інформації 1. Панкратова О.Ю., Новаковский В.А., Владимирова В.А., Звинчук Р.А. Синтез и структура моносульфида титана // ЖН Х. - 1986. - т.31, вып.6, - С.1615-1618. 2. И.И. Кожина, Ю.Г. Попов, С.С. Толкачев Твердые растворы в системе титан-сера // Вестн.ЛГУ. - 1964, №22, - С.115-120 - прототип.