Спосіб отримання шихти чистого та модифікованого змішаного ортоборату літію й гадолінію

Спосіб одержання шихти чистого або модифікованого змішаного ортоборату літію й гадолінію, який включає змішування попередньо підготовлених вихідних компонентів у стехіометричному співвідношенні, термообробку суміші з наступним охолодженням її до кімнатної температури, який відрізняється тим, що термообробку суміші здійснюють у повітряному середовищі поетапно з витримуванням на кожному етапі у такій послідовності: 550-600°С - протягом 1-2год., потім при 665700°С - 1-2год. та при 930-1000°С - 0,5-1год. (19) (21) 2003076839 (22) 21.07.2003 (24) 15.09.2006 (46) 15.09.2006, Бюл. № 9, 2006 р. (72) Гриньов Борис Вікторович, Дубовик Михайло Федорович, Коршикова Тетяна Іванівна, Толмачов Олександр Володимирович, Шеховцов Олексій Миколайович, Явецький Роман Павлович (73) ІНСТИТУТ МОНОКРИСТАЛІВ НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ (56) SU 1656014 A1, 15.06.1991 SU 1808813 A1, 15.04.1993 RU 2119976 C1, 10.10.1998 WO 0014014 A2, 16.03.2000 3 66072 4 Головна мета винаходу, що заявляється швидкістю не більше 200°С/г. Фазовий склад спрощення технологічного процесу синтезу та отриманої шихти Li6Gd(BO3)3 - ~98мас.%; сумарна зменшення відхилення складу шихти від стехіомеконцентрація домішкових фаз: Li6B4O9, Li4B2O5, тричного співвідношення та фазового складу. LiBO2, LiB3O5 і Gd2O3 - не більше 2мас.%. Вихід Рішення цієї задачі забезпечується тим, що в готового продукту складає ~98мас.%. способі отримання шихти для вирощування моноВирощені кристали Li6Gd(BO3)3 були прозорикристалів чистого та модифікованого змішаного ми та однорідними, не містили сторонніх вклюортоборату літію та гадолінію здійснюють змішучень. вання попередньо підготовлених вихідних компоСтехіометричний склад вирощених кристалів, нентів у стехіометричному співвідношенні та викомас.%: Li - 11,3 (11,1), В - 8,8 (8,6), Gd - 48,9 (49,2). нують термообробку суміші з наступним ії У дужках указаний теоретичний склад. Вміст мікохолодженням до кімнатної температури згідно з родомішок, мас.%: С - 1 10-3, Fe, Si, Μn - 3-5 10-4, винаходом. Термообробку суміші проводять у поMg - 1 10-3, Eu - 1 10-4. вітряному середовищі поетапно з витримками на Приклад 2 кожному етапі в такій послідовності: при 550-600°С У барабан завантажують 193,17г оксиду гадопротягом 1-2г, потім при 665-700°С протягом 1-2г і лінію Gd2O3, 236,25г карбонату літію Li2СО3 і 111,3г при 930-1000°С протягом 0,5-1г. оксиду бору В2О3. Отриману суміш вихідних комСинтез шихти в повітряному середовищі запонентів завантажують у платинові контейнери і безпечує мінімальне відхилення концентрації киспрокалюють у повітряному середовищі при темпеню від стехіометричного співвідношення в суміші ратурах 550°С - 1г, 665°С - 1г і 1000°С - 0,5г з ната сприяє начному спрощенню процесу отримання ступним охолодженням до кімнатної температури шихти за рахунок зменшення тривалості синтезу й зі швидкістю не більше 200°С/г. Фазовий склад використання менш складного технологічного оботриманої шихти Li6Gd(BO3)3 - ~98мас.%; сумарна ладнання. концентрація домішкових фаз: Li6B4O9, Li4B2O5, Як показали експерименти, утворення даної LiBO2, LiB3O5 і Gd2O3 - не більше 2мас.%. Вихід сполуки відбувається ступінчато і пов'язане з проготового продукту складає ~98мас.%. цесами розкладання карбонату літію Li2CO3, приВирощені кристали Li6Gd(BO3)3 були прозоричому швидкість утворення Li6Gd(BO3)3 та проміжми та однорідними, не містили сторонніх вклюних сполук максимальна в інтервалах температур чень. 550-600°С і 665-700°С. Стехіометричний склад вирощених кристалів, Вихід за межі параметрів не забезпечує отримас.%: Li - 11 (11,1), В - 8,7 (8,6), Gd - 48,9 (49,2). У мання монофазної сполуки. При виході за нижню дужках вказаний теоретичний склад. Вміст мікро-3 -4 межу температурно-часового інтервалу процес домішок, мас.%: С - 1 10 , Fe, Si, Μn - 3-5 10 , -3 -4 розкладання Li2СО3 буде не повністю закінченим, Mg - 1 10 , Eu - 1 10 . що приведе до більшого вмісту вуглецю в кінцевоПриклад 3 му продукті. Більш тривалі часові витримки в цих У барабан завантажують 184,87г оксиду гадотемпературних інтервалах приведуть до необґрунлінію Gd2O3, 7,88 оксиду церію Се2О3, 236,75г картованого ускладнення та підвищення вартості бонату літію Li2CO3 і 111,52г оксиду бору В2О3. процесу синтезу шихти. Вихід за нижнє значення Отриману суміш вихідних компонентів завантажутемпературного інтервалу 930-1000°С не привоють у платинові контейнери і прокалюють у повітдить до повної деструкції домішкових фаз (літієвих ряному середовищі при температурах 550°C – 1г, боратів), а вихід за верхнє - буде сприяти терміч665°C - 1г i 1000°C - 0,5г з наступним охолодженній дисоціації розплаву Li6Gd(BO3)3 і, як наслідок, ням до кімнатної температури зі швидкістю не бівідхиленню концентрацій літію та бору від стехіольше 200°С/г. Фазовий склад отриманої шихти метрії на стадії синтезу шихти. Li6Gd(BO3)3 - ~98мас.%; сумарна концентрація Як вихідні компоненти можуть використовувадомішкових фаз: Li6B4O9, Li4B2O5, LiBO2, LiB3O5 і тися оксиди (гідрооксиди), карбонати та нітрати Gd2O3 - не більше 2мас.%. Вихід готового продукту лужних і рідкісноземельних елементів, а також складає ~98 мас.%. оксид бору та борна кислота. Для модифікування Вирощені кристали Li6Gd1-xСех(ВО3)3 були прота активування можна використовувати: Ln2O3, де зорими та однорідними, не містили сторонніх Ln - La-Yb; LO, де L - Be, Mg, Ca, Sr, Ba; M2CO3, де включень. Μ - Li, Na, K, Rb, Cs. Стехіометричний склад вирощених кристалів Для синтезу використовують хімічні речовини наступний, мас.%: Li -11 (11,1), В - 8,7 (8,6), Gd кваліфікації "ос. ч.", які пройшли попередню тер48,9 (49,2). У дужках указаний теоретичний склад. мообробку. Змішування і помол вихідних компонеВміст мікродомішок, мас.%: С - 1 10-3, Fe, Si, Μn нтів здійснювали у барабанах із оргскла зі стриж3-5 10-4, Mg - 2 10-3, Eu-1 10-4. нями з того ж матеріалу, обважненими свинцем, Приклад 4 протягом трьох годин. У барабан завантажують 192,41г оксиду гадоПриклад 1 лінію Gd2O3, 6,4г оксиду магнію MgO, 223,47г карУ барабан завантажують 193,17г оксиду гадобонату літію Li2СО3 і 110,83г оксиду бору В2О3. лінію Gd2O3, 236,25г карбонату літію Lі2СО3 і 111,3г Отриману суміш вихідних компонентів завантажуоксиду бору В2О3. Отриману суміш вихідних комють у платинові контейнери і прокалюють у повітпонентів завантажують у платинові контейнери і ряному середовищі при температурах 580°С - 1г, прокалюють у повітряному середовищі при темпе665°С - 1г і 1000°С - 0,5г з наступним охолодженратурах 550°С - 2г, 665°С - 2г i 930°С - 1г з наступням до кімнатної температури зі швидкістю не біним охолодженням до кімнатної температури зі льше 200°С/г. Фазовий склад отриманої шихти 5 66072 6 Li6Gd(BO3)3 - ~98мас.%; сумарна концентрація концентрація домішкових фаз: Li6B4O9, Li4B2O5, домішкових фаз: Li6B4O9, Li4B2O5, LiBO2, LiB3O5 і LiBO2, LiB3O5 і Gd2O3 - не більше 3мас.%. Вихід Gd2O3 - не більше 2мас.%. Вихід готового продукту готового продукту складає ~98мас.%. складає ~98мас.%. Вирощені кристали Li6Gd(BO3)3 були прозориВирощені кристали Li6-xMgx/2Gd(BO3)3 були ми та однорідними, але мали дрібнокристалічні прозорими та однорідними, не містили сторонніх включення. включень. Стехіометричний склад вирощених кристалів Стехіометричний склад вирощених кристалів наступний, мас.%: Li -10,8 (11,1), В - 7,8 (8,6), Gd наступний, мас.%: Li -11,8 (11,1), В - 8,8 (8,6), Gd 49 (49,2). У дужках указаний теоретичний склад. 48,2 (49,2) У дужках вказаний теоретичний склад. Вміст мікродомішок, мас.%: С - 5 10-3, Fe, Si, Μn Вміст мікродомішок, мас.%: С-1 10-3, Fe, Si, Μn - 35-7 10-4, Mg - 2 10-3, Еu – 2 10-44. -4 -4 5 10 , Eu - 1 10 . Приклад 8 Приклад 5 У барабан завантажують 193,17г оксиду гадоУ барабан завантажують 190,7г оксиду гадолілінію Gd2O3, 236,25г карбонату літію Li2СО3 і 111,3г нію Gd2O3, 16,75г карбонату натрію Na2CO3, 221,6г оксиду бору В2О3. Отриману суміш вихідних комкарбонату літію Li2CO3 і 109,88г оксиду бору В2О3. понентів завантажують у платинові контейнери і Отриману суміш вихідних компонентів завантажупрокалюють у повітряному середовищі при темпеють у платинові контейнери і пропалюють у повітратурах 550°С - 0,5г, 665°С - 1г і 930°С - 1г з наряному середовищі при температурах 550°С - 1г, ступним охолодженням до кімнатної температури 665°С - 1г і 1000°С - 0,5г з наступним охолоджензі швидкістю не більше 200°С/г. Фазовий склад ням до кімнатної температури зі швидкістю не біотриманої шихти Li6Gd(BO3)3 - ~97мас.%; сумарна льше 200°С/г. Фазовий склад отриманої шихти концентрація домішкових фаз: Li6B4O9, Li4B2O5, Li6Gd(BO3)3 - ~98мас.%; сумарна концентрація LiBO2, LiB3O5 і Gd2O3 - не більше 3мас.%. Вихід домішкових фаз: Li6B4O9, Li4B2O5, LiBO2, LiB3O5 і готового продукту складає ~98мас.%. Gd2O3 - не більше 2мас.%. Вихід готового продукту Вирощені кристали Li6Gd(BO3)3 були прозорискладає ~98 мас.%. ми та однорідними, але мали дрібнокристалічні Вирощені кристали Li6-xNaxGd(BO3)3 були провключення, що були хаотично розповсюджені. зорими та однорідними, не містили сторонніх Стехіометричний склад вирощених кристалів включень. наступний, мас.%: Li -10,7 (11,1), В - 8,4 (8,6), Gd Стехіометричний склад вирощених кристалів 49 (49,2). У дужках указаний теоретичний склад. наступний, мас.%: Li -11,7 (11,1), В - 8,5 (8,6), Gd Вміст мікродомішок, мас.%: С - 3 10-2, Fe, Si, Μn 48,5 (49,2). У дужках указаний теоретичний склад. 5-7 10-4, Mg - 2 10-3, Eu-2 10-4. -3 Вміст мікродомішок, мас.%: С - 2 10 , Fe, Si, Μn Приклад 9 3-6 10-4, Mg - 1 10-3,Eu-1 10-4. У барабан завантажують 193,17г оксиду гадоПриклад 6 лінію Gd2O3, 236,25г карбонату літію Li2CO3 і 111,3г У барабан завантажують 193,17г оксиду гадооксиду бору В2О3. Отриману суміш вихідних комлінію Gd2O3, 236,25г карбонату літію Li2CO3 і 111,3г понентів завантажують у платинові контейнери і оксиду бору В2О3. Отриману суміш вихідних компрокалюють у повітряному середовищі при темпепонентів завантажують у платинові контейнери і ратурах 550°С - 1г, 665°С - 0,5г і 930°С - 1г з напрокалюють у повітряному середовищі при темпеступним охолодженням до кімнатної температури ратурах 550°С - 3г, 665°С - 3г і 900°С - 2г з наступзі швидкістю не більше 200°С/г. Фазовий склад ним охолодженням до кімнатної температури зі отриманої шихти Li6Gd(BO3)3 - ~97мас.%; сумарна швидкістю не більше 200°С/г. Фазовий склад концентрація домішкових фаз: Li6B4O9, Li4B2O5, отриманої шихти Li6Gd(BO3)3 - ~90мас.%; сумарна LiBO2, LiB3O5 і Gd2O3 - не більше 3мас.%. Вихід концентрація домішкових фаз: Li6B4O9, Li4B2O5, готового продукту складає ~98мас.%. LiBO2, LiB3O5 і Gd2O3 - не більше 10мас.%. Вихід Вирощені кристали Li6Gd(BO3)3 були прозориготового продукту складає ~98мас.%. ми та однорідними, але мали дрібнокристалічні Вирощені кристали Li6Gd(BO3)3 були непрозовключення. рими, мали виразну блочну структуру та багато Стехіометричний склад вирощених кристалів дрібнокристалічних включень. наступний, мас.%: Li -10,8 (11,1), В - 8,3 (8,6), Gd Стехіометричний склад вирощених кристалів 48,9 (49,2). У дужках указаний теоретичний склад. наступний, мас.%: Li -12 (11,1), В - 8,8 (8,6), Gd Вміст мікродомішок, мас.%: С - 5 10-2, Fe, Si, Μn 36,5 (49,2). У дужках указаний теоретичний склад. 5-7 10-4, Mg - 2 10-3, Еu-2 10-4. -3 Вміст мікродомішок, мас.%: С - 7 10 , Fe, Si, Μn Склад шихти, отриманої за прикладами 1 і 2 5-7 10-4, Mg - 3 10-3,Eu-2 10-4. має конгруентний характер плавлення. У вирощеПриклад 7 них серіях кристалів Li6Gd(BO3)3 з використанням У барабан завантажують 193,17г оксиду гадошихти, отриманої запропонованим способом (прилінію Gd2O3, 236,25г карбонату літію Li2CO3 і 111,3г клади 1-5), густина дислокацій не перевищувала оксиду бору В2О3. Отриману суміш вихідних ком103см-2 (для монокристалів, модифікованих натріпонентів завантажують у платинові контейнери і єм і магнієм густина дислокацій знаходилась на прокалюють у повітряному середовищі при темперівні 6-8 103см-2). Цей факт свідчить про високу ратурах 550°С - 1г, 665°С - 1г і 1050°С - 0,5г з навідтворюваність якості різних серій шихти. ступним охолодженням до кімнатної температури Вихід за межі замовлених параметрів (приклазі швидкістю не більше 200°С/г. Фазовий склад ди 6-9) не забезпечує досягнення поставленої меотриманої шихти Li6Gd(BO3)3 - ~97мас.%; сумарна ти. 7 Комп’ютерна верстка Т. Чепелева 66072 8 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