Способ получения соединения CuAl5S8

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОЕДИНЕНИЯ 58(71) Заявитель Государственное научнопроизводственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(72) Авторы Корзун Борис Васильевич Мянзелен Руслан Равильевич Шелег Александр Устинович Соболь Валерий Романович(73) Патентообладатель Государственное научно-производственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(57) Способ получения соединения 58 , при котором смешивают химические элементы в нестехиометрическом соотношении, соответствующем формуле 0,0417-0,01710,37500,01020,58330,0069, где 0 у 1, помещают в ампулу и вакуумируют ее, нагревают до температуры 1323-1400 и проводят кристаллизацию в печи с температурным градиентом более 20 и не более 30 /см путем охлаждения при протяжке ампулы со скоростью 0,33-5 мм/ч в нижнюю зону печи, находящуюся при температуре ниже температуры перитектической реакции образования 58 1323 . Изобретение относится к области электронной промышленности, в частности к полупроводниковому материаловедению, направлено на получение гомогенного соединения 58 и может быть использовано при производстве солнечных элементов. Известен способ получения соединения 58 методом химических транспортных реакций с использованием в качестве газа-транспортера смеси 3/2 1. Стехиометрическое количество химических элементов вакуумировали в кварцевых ампулах внутренним диаметром 12 мм и длиной 150 мм, добавляли смесь 3/2 из расчета 5 мг/см 3 на объем ампулы. Химические транспортные реакции проводили в двухзонных горизонтальных печах при температурах зон 1123 и 1023 в течение 60 ч. Получены кристаллы размерами от 0,5 до 2 мм. Недостатками указанного способа являются малые размеры кристаллов, а также большая длительность способа получения, приводящая к большим энергозатратам. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения соединения 58, заключающийся в смешивании химических элементов в стехиометрическом соотношении 158, добавлениив молярном соотношении (58)19, нагреве ампулы до температуры 1323 и выдержке при ней в течение нескольких часов. Далее ампулу охлаждают со скоростью 4 /ч до комнат 18174 1 2014.04.30 ной температуры, полученную смесь растворяют в концентрированной кислоте , при этом соединенияпереходят в раствор, и фильтруют с получением порошка 58 2. Недостатками указанного способа являются небольшие размеры кристаллов, а также большая длительность способа получения, приводящая к большим энергозатратам. Задачей настоящего изобретения является получение гомогенных образцов соединения 58 с большими размерами кристаллов, достигающими 4 мм, а также сокращение времени синтеза и уменьшение энергозатрат. Поставленная задача достигается тем, что способ получения соединения 58 заключается в смешивании химических элементов , , , нагреве, кристаллизации и охлаждении до комнатной температуры. Новым, по мнению авторов, является то, что кристаллизацию проводят в печи с температурным градиентом более 20 и не более 30 /см путем охлаждения при протяжке ампулы со скоростью 0,33-5 мм/ч в нижнюю зону печи, находящуюся при температуре ниже температуры перитектической реакции образования 58 1323 . Примеры конкретной реализации способа получения соединения 58. Пример 1. Смешивали химические элементы медь, алюминий и серу общей массой 20 г в нестехиометрическом соотношении, соответствующем формуле 0,04170,01710,37500,01020,58330,0069 с 1, а именно 0,02460,38520,5902 (атомарная доля- 0,0246- 0,3852- 0,5902). Навеску, состоящую из химических элементов меди, алюминия и серы, для предотвращения взаимодействия алюминия с материалом ампулы загружали в тигель из нитрида бора и помещали его в кварцевой ампуле. После загрузки ампулу вакуумировали, запаивали и размещали в вертикальную печь сопротивления, изготовленную таким образом,что на ее протяжении существует температурный градиент более 20 и не более 30 /см. После этого с целью получения однородного расплава осуществляли нагрев ампулы до 1400 со скоростью 5 /мин. Кристаллизацию расплава выполняли путем охлаждения при протяжке ампулы со скоростью 0,33 мм/ч в нижнюю зону печи, находящуюся при температуре ниже температуры перитектической реакции образования 58 1323 . По завершении кристаллизации отключали печь, и охлаждение полученных слитков происходило вместе с печью. Верхнюю часть слитка, закристаллизовавшуюся в последнюю очередь и включавшую в себя фазу, соответствующую эвтектическому составу 0,02460,38520,5902,удаляли. Полученное вещество представляло собой однородный по составу слиток без включения дополнительных фаз с размерами кристаллов, достигающими 4 мм. Пример 2. Смешивали химические элементы медь, алюминий и серу общей массой 20 г в нестехиометрическом соотношении, соответствующем формуле 0,04170,01710,37500,01020,58330,0069 с 0,5, а именно, 0,03320,38010,5867 (атомарная доля- 0,0332- 0,3801- 0,5867). Навеску, состоящую из химических элементов меди, алюминия и серы, для предотвращения взаимодействия алюминия с материалом ампулы загружали в тигель из нитрида бора и помещали его в кварцевой ампуле. После загрузки ампулу вакуумировали, запаивали и размещали в вертикальную печь сопротивления, изготовленную таким образом, что на ее протяжении существует температурный градиент более 20 и не более 30 /см. После этого с целью получения однородного расплава осуществляли нагрев ампулы до 1400 со скоростью 5 /мин. Кристаллизацию расплава выполняли путем охлаждения при протяжке ампулы со скоростью 5 мм/ч в нижнюю зону печи, находящуюся при температуре ниже температуры перитектической реакции образования 58 1323 . По завершении кристаллизации отключали печь, и охлаждение полученных слитков происходило вместе с печью. Верхнюю часть слитка, закристаллизовавшуюся в последнюю очередь и включавшую в себя фазу, соответствующую эвтектическому составу 0,02460,38520,5902, удаляли. Полученное вещество представляло собой однородный по составу слиток без включения дополнительных фаз с размерами кристаллов, достигающими 4 мм. 2 18174 1 2014.04.30 Использование способов кристаллизации для получения кристаллов из стехиометрических расплавов для соединений, образующихся по перитектическим реакциям, осложнено рядом проблем, связанных с особенностями диаграмм состояния соответствующих тройных систем. На фигуре представлена Т-фазовая диаграмма квазибинарной системы 2-23. Кристаллизация стехиометрического расплава соединения 58 (состав соответствует 0,833 молярной доли 23) также происходит по перитектической реакции,при которой первичные выпадающие при кристаллизации кристаллы имеют состав 0,9941,0062,006. Это означает, что для образования 58 должна пройти реакция между твердой фазой 0,9941,0062,006 и оставшейся жидкостью состава 0,201,802,80. Скорость такой гетерогенной реакции невелика, поэтому после затвердевания стехиометрического расплава этого соединения в слитке обнаруживаются включения посторонних фаз, что приводит к невозможности получить гомогенные по составу слитки. В связи с этим необходимо использование шихты соответствующего нестехиометрического состава 0,04170,01710,37500,01020,58330,0069, где 01. Преимуществом заявляемого способа получения 58 по сравнению с известными является возможность получения гомогенных образцов соединения 58 с большими размерами кристаллов, достигающими 4 мм, сокращения времени синтеза и уменьшения энергозатрат. Источники информации 1..,.,В., . . . ., 1982 - . 491. - . 203207. 2.,-/ // . . . - 1977. - . 12. - . 3. - . 219-225. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3