Способ получения диборидов редкоземельных элементов

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИБОРИДОВ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ(71) Заявитель Государственное научнопроизводственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(72) Авторы Урбанович Владимир СтепановичМатовников Александр ВячеславовичНовиков Владимир Васильевич(73) Патентообладатель Государственное научно-производственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(56). .., 1977. . 56. - . 83-90. Состав, получение и применение тугоплавких соединений Справочник. - М. Металлургия, 1986. - . 819-824. МАТОВНИКОВ А.В. и др. ФТТ-2005. Актуальные проблемы физики твердого тела Сб. докл. Международной научной конференции. - Мн. Издательский центр БГУ, 2005. Т. 1. - . 352354.8417 1, 2006.62-217489 , 1987.(57) Способ получения диборидов редкоземельных элементов, включающий формование заготовки из смеси порошков редкоземельного металла и бора, взятых в стехиометрическом соотношении, и синтез при высоких температуре и давлении, отличающийся тем,что синтез проводят при температуре 1300-1400 С и давлении 3,5-6,0 ГПа в течение 5-30 мин с последующим гомогенизирующим отжигом в среде инертного газа при температуре 1250-1350 С и атмосферном давлении в течение 1,5-5,0 ч. Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к технологии изготовления диборидов редкоземельных элементов, используемых, например, в электронной технике, в конструкции электронных микроскопов, оже-спектрометров и микроанализаторов. Известен способ 1 получения диборидов редкоземельных элементов путем синтеза из стехиометрической навески металла и бора при температуре 1300 С в течение 72 ч в среде аргона. Недостатком известного способа является низкая чистота получения соединения. Синтезированный образец содержит фазы тетраборида металла, оксида металла и чистого металла. При этом их суммарное процентное содержание достигает от 17 до 32 . 11640 1 2009.02.28 Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является способ 2 получения диборида редкоземельного металла, включающий приготовление стехиометрической навески металла и бора, которая помещается в ячейку из , синтез под высоким давлением 6,5 ГПа при температуре 1140-1240 С в течение 75 мин. Недостатком известного способа является низкая чистота полученного продукта. Наряду с диборидной фазой в синтезированных образцах присутствует и фаза нитрида металла. Содержание диборидной фазы составляет всего 17-32 . Задачей настоящего изобретения является улучшение качества получаемого материала за счет повышения его чистоты и содержания диборидной фазы. Поставленная задача решается тем, что в способе получения диборидов редкоземельных элементов, включающем формование заготовки из смеси порошков редкоземельного металла и бора, взятых в стехиометрическом соотношении, и синтез при высоких температуре и давлении, синтез проводят при температуре 1300-1400 С и давлении 3,5-6 ГПа в течение 5-30 мин с последующим гомогенизирующим отжигом в среде инертного газа при температуре 1250-1350 С и атмосферном давлении в течение 1,5-5 ч. Новым, по мнению авторов, является то, что синтез проводят при температуре 13001400 С и давлении 3,5-6 ГПа в течение 5-30 мин с последующим гомогенизирующим отжигом в среде инертного газа при температуре 1250-1350 С и атмосферном давлении в течение 1,5-5 ч. Сущность заявляемого технического решения заключается в повышении чистоты получаемого материала за счет более высокого содержания диборида в конечном продукте,т.е. получении диборида с наименьшим содержанием примесей посторонних фаз. Однофазные образцы диборидов редкоземельных элементов получаются только при двухступенчатом синтезе, включающем синтез под высоким давлением и последующий гомогенизирующий отжиг. При термообработке под высоким давлением смеси бора и редкоземельного элемента компоненты смеси не полностью взаимодействуют друг с другом. Поэтому после синтеза под высоким давлением полученные образцы содержат диборид и тетраборид металла и свободный металл. В процессе гомогенизирующего отжига не прореагировавший металл взаимодействует с тетраборидом с образованием диборида. При температуре синтеза под высоким давлением менее 1300 С и времени обработки менее 5 мин синтез диборидов не происходит. При температуре синтеза под высоким давлением более 1400 С и выдержке более 30 мин происходит взаимодействие металла с нитридом бора. Поэтому растет количество тетраборидной фазы и уменьшается количество диборидной фазы. При давлениях менее 3,5 ГПа содержание диборидной фазы незначительно. При давлениях более 6 ГПа образуется нитрид металла, препятствующий образованию диборидной фазы. При температуре гомогенизирующего отжига менее 1250 С гомогенизации не происходит. При температуре отжига более 1350 С в составе продукта преобладает тетраборидная фаза. При длительности гомогенизирующего отжига менее 1,5 ч реакция проходит не до конца. Этого времени недостаточно, чтобы весь металл прореагировал с тетраборидом. Увеличение продолжительности отжига более 5 ч нецелесообразно, поскольку при этом не достигается повышение содержания диборида в конечном продукте, а только возрастают энергетические затраты. Пример выполнения способа. Исходные порошки лантаноидов чистотой 99,95 механически размельчались, просеивались через ситос размером ячеек 0,25 мм и смешивались с элементарным бором чистотой 99,9 в стехиометрическом соотношении. Из полученных смесей под давлением 0,5-1 ГПа прессовались цилиндрические заготовки диаметром 8-10 мм и высотой 5 мм, которые затем помещались в оболочку из графитопо 2 11640 1 2009.02.28 добного нитрида бора, устанавливались внутрь составного графитового нагревателя, выполненного из двух чашеобразных элементов. Сборку располагали в осевом отверстии контейнера из литографского камня. Синтез осуществлялся в устройстве высокого давления типа наковальни с углублениями при давлении 3,5 ГПа, температуре 1400 С и времени выдержки 10 мин. Рентгеноструктурный анализ проводился на установке ДРОН-2, в-К излучении. Полученные рентгенограммы сравнивались с базой данных международной картотеки . На фигуре представлены рентгенограммы образцов диборида тиберия ТВ 2, полученных после синтеза при давлении Р 3,5 ГПа, температуре 1400 и времени выдержки 10 мин (фиг. (а и после гомогенизирующего отжига в среде инертного газа аргона при температуре 1250 С в течение 2,5 ч (фиг. (б. Вид рентгенограмм всех образцов боридов после синтеза под высоким давлением практически одинаков (фиг. (а. Примерно одинаковым для всех образцов боридов редкоземельных элементов оказалось и содержание фаз 1 - Ме, 2 - МеВ 2, 3 - Ме 2 О 3, 4 - МеВ 4,составляющее соответственно 27 , 54 , 5,4 и 13,5(фиг. (а. Для уменьшения содержания посторонних фаз образцы после синтеза под высоким давлением были подвергнуты дополнительному гомогенизирующему отжигу в среде аргона при температуре 1250 С в течение 2,5 ч. Как видно из фиг. (б) для образца ТВ 2, в результате дополнительного отжига наблюдается заметное уменьшение интенсивностей рефлексов тетраборидной, оксидной и металлической фаз при сужении и увеличении амплитуды рефлексов фазы ТВ 2. Аналогичные изменения фазового состава после отжига наблюдались и для следующих диборидов 2, 2, 2, 2, 2, 2 и 2. Содержание посторонних фаз в указанных диборидах по нашим оценкам не превышает 3 . В таблице приведены параметры кристаллической решетки некоторых синтезированных диборидов в сопоставлении с литературными данными 3. Соединение ТВ 2 ТВ 2 ЕВ 2 2 Таким образом, разработанный способ синтеза редкоземельных диборидов кратковременным воздействием высоких давлений и последующим отжигом при относительно невысоких температурах позволяет получать образцы диборидов самария, иттербия, диспрозия, гольмия, тербия, эрбия, тулия и лютеция с содержанием основной фазы не менее 97 . Преимуществом заявляемого технического решения по сравнению с известными является повышение качества получаемого материала за счет повышения его чистоты и увеличение содержания диборидной фазы более чем в 3 раза. 11640 1 2009.02.28 Источники информации 1.М.А.,,.,,2. . . . , 2002. - . . 2.. . - . - 1977. - . 56. -1. - . 83-90. 3. Состав, получение и применение тугоплавких соединений Справочник / Под ред. Косолаповой Т.А. М. Металлургия, 1986. - С. 928. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4