Спосіб отримання кераміки напівпровідникової калій-ніобій-фосфатної бронзи k7nb14p9o60 в умовах високих тисків та температур

Спосіб отримання кераміки напівпровідникової калій-ніобій-фосфатної бронзи К7Nb14Р9О60 в умовах високих тисків та температур, який включає 3 ристання вакуумного обладнання, що приведе до поліпшення технологічності процесу, а також досягається можливість отримання дрібнодисперсного та однорідного за своїми властивостями керамічного матеріалу напівпровідникової калій ніобій фосфатної бронзи K7Nb14P9O60. Означене завдання вирішується завдяки тому, що у способі отримання кераміки напівпровідникової калій ніобій фосфатної бронзи К7Nb14Р9О60 в умовах високих тисків та температур, який включає змішування еквімолярних кількостей калій, ніобій та фосфорвмісних компонентів з наступним двостадійним нагріванням отриманої суміші до високої температури, згідно корисної моделі, в якості калій та фосфоровмісного компоненту використовують порошок метафосфату калію (КРО3), а двостадійне нагрівання проводять таким чином: на першій стадії здійснюють нагрівання до температури 1223-1323К на відкритому повітрі упродовж 10-15хв., а на другій стадії до отриманої суміші додають порошок металічного ніобію в кількості 510% мас. та піддають дії високого тиску величиною, не менше 2ГПа при температурі 1273К упродовж щонайменше 10хв. Завдяки використанню вихідних компонентів які під час нагрівання не виділяють газоподібні продукти та більш високих температур на першій стадії, вдається отримати більш гомогенний продукт який в подальшому при спіканні під високим тиском дозволяє отримувати гомогенний керамічний матеріал. Значне поліпшення технологічних умов синтезу пов'язане з особливостями фізикохімічних процесів, які протікають в умовах високого тиску у багатокомпонентних фосфатних системах, що містять оксиди 3-d, 4-d металів та фосфору. Процес розчинення оксидів перехідних металів, а також утворення фосфатних ніобійових бронз значно прискорюється завдяки проведенню нагрівання в умовах високого тиску. Використання високого тиску та пропонованих вихідних компонентів дозволяє отримувати напівпровідниковий матеріал із загальним виходом 85-90%, а реалізація пропонованих режимів додатково забезпечує отримання керамічного матеріалу із зрівноваженими характеристиками, в тому числі з високою напівметалічною електропровідністю та низькою пористістю (до 5%). На кресленні (Фіг.1) представлена схема комірки високого тиску в якій було проведено експерименти з отримання кераміки калій ніобійової бронзи в умовах високих тисків та температур. Суміш вихідних компонентів була розташована в центральній частині, в якості тепло - та електроізолюючих торцевих дисків використано кераміку із ZrO2 (1); нагрівання здійснено шляхом пропускання електричного струму крізь графітовий нагрівник (2). Для усунення контакту суміші від дії графітового нагрівника використано додаткові екрани (3) із втулки нітриду бору (hBN) та дисків із ніобію (4). Таким чином вихідна реакційна суміш була ізольована від матеріалу контейнера та в подальшому піддана дії високого тиску та температури. Приклади конкретної реалізації пропонованого способу. Приклад 1. 55850 4 Еквімолярну суміш метафосфату калію – КРО3, та оксиду ніобію Nb2O5 для отримання бронзи складу - К7Nb14Р9О60, ретельно перемішують в агатовій ступці, двостадійне нагрівання отриманої гомогенної суміші проводять таким чином: на першій стадії здійснюють нагрівання до температури 1223К на відкритому повітрі упродовж 15хв, а на другій стадії до отриманої суміші додають порошок металічного ніобію в кількості 5% мас. та піддають дії високого тиску величиною 2ГПа при температурі 1273К упродовж 10хв. В результаті проведеного експерименту отримано добре сформовані керамічні зразки напівпровідникової калій ніобій фосфатної бронзи К7Nb14Р9О60, яка може бути використана в якості напівпровідникових елементів в електроніці. Загальний вихід керамічного напівпровідникового матеріалу по відношенню до кристалоутворюючого компоненту (Nb2О5) складає 95%. Приклад 2. Еквімолярну суміш метафосфату калію – КРО3, та оксиду ніобію Nb2О5 для отримання бронзи складу - К7Nb14Р9О60, ретельно перемішують в агатовій ступці, двостадійне нагрівання отриманої гомогенної суміші проводять таким чином: на першій стадії здійснюють нагрівання до температури 1323К на відкритому повітрі упродовж 10хв, а на другій стадії до отриманої суміші додають порошок металічного ніобію в кількості 10% мас. та піддають дії високого тиску величиною 5ГПа при температурі 1273К упродовж 12хв. Всі зазначені приклади дозволяють отримувати кераміку напівпровідникової калій ніобій фосфатної бронзи складу К7Nb14Р9О60. Як показали проведені нами експериментальні дослідження, використання низьких тисків - менше 2,0ГПа призводить до значного збільшення часу взаємодії та отримання напівпродуктів реакції в багатокомпонентній системі K2O-Nb2O5-Nb-P2O5. Проведені твердофазні реакції між вихідними компонентами відбуваються шляхом 2-х сторонньої дифузії метафосфат-іонів, катіонів лужноземельних та іонів перехідних металів. Використання високого тиску сприяє більш тісному контакту між полікристалічними зернами вихідних компонентів та дозволяє отримувати компактний матеріал із високим виходом. Значне зниження часу взаємодії та використання високого тиску також дозволяє отримувати практично беспористий однорідний продукт, що дуже важливо для напівпровідникових матеріалів. Температурний режим 1223-1323К на відкритому повітрі та 1273К при тиску не менше 2ГПа підібрано експериментально виходячи із оптимальних співвідношень час взаємодії/загальний вихід матеріалу. Більш низькі температури призводять то отримання напівпродуктів реакції, а більш високі - до процесів рекристалізації та неможливості отримання дрібнодисперсного продукту, а також призводять до взаємодії із стінками апарата високого тиску. Використання тиску більше 5ГПа є економічно недоцільним оскільки потребує використання високовартісного пресового устаткування при однаковій якості отриманого продукту. 5 55850 Таким чином, при використанні запропонованого способу відбувається отримання кераміки напівпровідникової калій ніобій фосфатної бронзи К7Nb14Р9О60 яка проявляє високі анізотропічні металічні та напівметалічні властивості і може бути використана в напівпровідникових пристроях та в Комп’ютерна верстка М. Мацело 6 якості твердого електроліту. Технологічний цикл отримання матеріалу виключає використання вакуумного високотемпературного обладнання і головне значно скорочує час отримання кінцевого продукту. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601