RU2448044C2 - Способ получения нанодисперсного порошка гексаборида иттрия - Google Patents
Способ получения нанодисперсного порошка гексаборида иттрия Download PDFInfo
- Publication number
- RU2448044C2 RU2448044C2 RU2009129859/05A RU2009129859A RU2448044C2 RU 2448044 C2 RU2448044 C2 RU 2448044C2 RU 2009129859/05 A RU2009129859/05 A RU 2009129859/05A RU 2009129859 A RU2009129859 A RU 2009129859A RU 2448044 C2 RU2448044 C2 RU 2448044C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- yttrium
- powder
- hexaboride
- chloride
- nanodispersed
- Prior art date
Links
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 28
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims abstract description 10
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 6
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 5
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 claims abstract description 4
- OBOSXEWFRARQPU-UHFFFAOYSA-N 2-n,2-n-dimethylpyridine-2,5-diamine Chemical compound CN(C)C1=CC=C(N)C=N1 OBOSXEWFRARQPU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 claims abstract description 3
- -1 potassium fluoroborate Chemical compound 0.000 claims abstract description 3
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 abstract description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 9
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 7
- 235000014443 Pyrus communis Nutrition 0.000 description 6
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 229910021397 glassy carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 4
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 3
- 235000002639 sodium chloride Nutrition 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910020549 KCl—NaCl Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 2
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L sodium carbonate Substances [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 229910052810 boron oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003841 chloride salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000011362 coarse particle Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910001610 cryolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- SIAPCJWMELPYOE-UHFFFAOYSA-N lithium hydride Chemical compound [LiH] SIAPCJWMELPYOE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000103 lithium hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 description 1
- MOWNZPNSYMGTMD-UHFFFAOYSA-N oxidoboron Chemical class O=[B] MOWNZPNSYMGTMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000010339 sodium tetraborate Nutrition 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- BSVBQGMMJUBVOD-UHFFFAOYSA-N trisodium borate Chemical class [Na+].[Na+].[Na+].[O-]B([O-])[O-] BSVBQGMMJUBVOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003748 yttrium compounds Chemical class 0.000 description 1
Landscapes
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано при изготовлении катодов генераторных и электронных устройств. Нанодисперсный порошок гексаборида иттрия получают электролизом расплава, содержащего, мольн.%: хлорид натрия - 50,0, хлорид калия - 30,0, хлорид иттрия - 15,0 и фторборат калия - 5,0, при плотности тока 2,5-5,0 А/см2, температуре 700-750°С в течение 30-40 мин. После полного остывания расплава боридно-солевую грушу отмывают и сушат. Удельная поверхность полученного гексаборида иттрия 30,0-43,5 м2/г, размер частиц 0,5-40 нм. Сокращается время процесса, повышается чистота продукта. 3 пр.
Description
Изобретение относится к электрохимическому синтезу соединений иттрия и может быть использовано для получения нанодисперсного чистого порошка гексаборида иттрия, обладающего развитой поверхностью, полупроводниковыми свойствами. Гексаборид иттрия применяется в качестве катода для мощных генераторных устройств, успешно заменяя металлические, а также в разборных системах различных электронных устройств.
Известен способ получения гексаборида иттрия прямым синтезом из иттрия и бора [Lundstrom Т. Structural studies of the solid solubility of transition metals in β-rhombohedral boron. - J. Less-Common Metals. 1973, vol.6, p.299-305]. Недостатком этого способа является низкий выход продукта. Способ термического восстановления оксидов и хлоридов иттрия и бора гидридом лития [Камарзин А.А., Соколов В.В., Зеленин Ю.М., Стонога Ю.А. Способ получения боридов редкоземельных металлов. Патент №2123975] характеризуется высокими температурами процесса, кроме того, получается крупнозернистые продукты.
Наиболее близким к предлагаемому методу является способ получения боридов редкоземельных металлов и иттрия путем электролиза расплава, содержащего криолит и бораты натрия с добавкой гидроксида и карбоната натрия по патенту US 3902973 А, кл. С25В 1/00, 1975. Температура процесса 900-1100°С. Недостатком прототипа является более высокая температура, низкая скорость синтеза, а также крупнозернистые частицы продукта.
Задачей, поставленной авторами изобретения, является повышение дисперсности порошка, повышение скорости процесса и чистоты целевого продукта, а также снижение температурных режимов процесса.
В основе ВЭС нанопорошков гексаборидов иттрия лежат многоэлектронные электрохимические процессы совместного выделения иттрия и бора на катоде и их последующим взаимодействием на атомарном уровне с образованием наноразмерных порошков. В виду того, что взаимодействие компонентов на катоде происходит практически на атомарном уровне (кластеров), то уменьшение размеров наночастиц твердосплавной композиции ведет к увеличению доли поверхностной энергии и, следовательно, к снижению температуры (практически на 200-400°С) взаимодействия иттрия с компонентами расплава с образованием гексаборидов. Возможность применения расплавленных солей для получения редкоземельных элементов и их сплавов подтверждена многими исследователями.
Процесс проводится в трехэлектродной ячейке в электропечи при 700-750°С. Анодом и одновременно контейнером для расплава служит стеклоуглеродный тигель. В качестве электрода сравнения используется платиновый электрод, скрученный в спираль, площадь которого более чем на порядок превышал площадь катода или стеклоуглеродный электрод. Рабочий электрод - вольфрамовый стержень. Синтез происходит в атмосфере очищенного и осушенного аргона, ячейка закрыта герметично.
При достижении рабочей температуры 700-750°С в расплав фонового электролита - смесь хлоридов натрия и калия - добавляют хлорид иттрия, а затем фторборат калия. Электролиз осуществляют в атмосфере аргона в гальваностатическом режиме при плотности катодного тока 2,5-5,0 А/см2. Выход по току 85-90%.
Нанодисперсные порошки гексаборида иттрия получаются при плотностях тока 2,5-5,0 А/см2. При низких концентрациях фторбората получается диборид иттрия. Если концентарация фторбората слишком высокая, то в процессе электролиза получается смесь различных боридов, и свободный бор.
Процесс электросинтеза можно представить в виде последовательных стадий:
- выделение более электроположительного компонента (бор);
- выделение более электроотрицательного компонента (иттрий) на предварительно выделенном боре;
- взаимная диффузия иттрия и бора с образованием соединения YB6.
Пример 1. Процесс получения нанодисперсного порошка гексаборида
иттрия осуществляют в расплавленной смеси KCl-NaCl. Температура 700°С. Катод - вольфрамовый стержень диаметром 0,4 см. Анод - стеклоуглеродный тигель. Плотность тока 2,5 А/см2. Продолжительность электролиза составляет 40 мин, после чего из расплава вынимают боридно-солевую грушу. После полного остывания до комнатной температуры боридно-солевую грушу отмывают дистиллированной водой, и раствором 1 н. NH4OH. После чего порошок борида иттрия высушивают в сушильном шкафу при температуре 150°С. По данным рентгенофазового анализа катодный осадок состоит из гексаборида иттрия YB6 и небольшого количества диборида иттрия YB2 до 10%. По данным сканирующего зондового микроскопа размер частиц 5-40 нм.
Пример 2. Процесс получения нанодисперсного порошка гексаборида иттрия осуществляют в расплавленной смеси KCl - NaCl. Температура 700°С. Катод - вольфрамовый стержень диаметром 0,4 см. Анод - стеклоуглеродный тигель. Плотность тока 3,5 А/см2. Продолжительность электролиза составляет 30 мин, после чего из расплава вынимают боридно-солевую грушу. После полного остывания до комнатной температуры боридно-солевую грушу отмывают дистиллированной водой, и раствором 1 н. NH4OH. После чего порошок гексаборида иттрия высушивают в сушильном шкафу при температуре 150°С. По данным рентгенофазового анализа катодный осадок состоит из гексаборида иттрия YB6. Выход по току 87-92%. Размер частиц по данным сканирующего зондового микроскопа - 1-25 нм.
Пример 3. Процесс получения нанодисперсного порошка гексаборида иттрия осуществляют в эквимольном расплаве KCl-NaCl. Температура 750°С. Катод - вольфрамовый стержень диаметром 0,4 см. Анод - стеклоуглеродный тигель. Плотность тока 5,0 А/см2. Продолжительность электролиза составляет 40 мин, после чего из расплава вынимают боридно-солевую грушу. После полного остывания до комнатной температуры боридно-солевую грушу отмывают дистиллированной водой, и раствором 1 н. NH4OH. После чего порошок гексаборида иттрия высушивают в сушильном шкафу при температуре 150°С. По данным рентгенофазового анализа катодный осадок состоит из гексаборида иттрия YB6. Выход по току 80-83%. Удельная поверхность порошка - 41,0-43,5 м2/г. Размер частиц по данным сканирующего зондового микроскопа - 0,5-10 нм.
Технический результат изобретения заключается в возможности получения нанодисперсного порошка гексаборида иттрия с размерами частиц 0,5-40 нм и в повышении скорости получения (синтеза) в два раза (продолжительность электролиза 30-40 мин), и чистоты целевого продукта, а также снижение температурных режимов процесса.
Claims (1)
- Способ получения нанодисперсного порошка гексаборида иттрия, включающий электролиз расплава с последующей отмывкой и сушкой, отличающийся тем, что электролиз ведут при плотности тока 2,5-5,0 А/см2, температуре процесса 700-750°С, продолжительности процесса 30-40 мин и при следующем соотношении компонентов, мол.%:
хлорид натрия 50,0 хлорид калия 30,0 хлорид иттрия 15,0 фторборат калия 5,0
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009129859/05A RU2448044C2 (ru) | 2009-08-03 | 2009-08-03 | Способ получения нанодисперсного порошка гексаборида иттрия |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009129859/05A RU2448044C2 (ru) | 2009-08-03 | 2009-08-03 | Способ получения нанодисперсного порошка гексаборида иттрия |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009129859A RU2009129859A (ru) | 2011-02-10 |
| RU2448044C2 true RU2448044C2 (ru) | 2012-04-20 |
Family
ID=46032747
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009129859/05A RU2448044C2 (ru) | 2009-08-03 | 2009-08-03 | Способ получения нанодисперсного порошка гексаборида иттрия |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2448044C2 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2722753C1 (ru) * | 2019-12-25 | 2020-06-03 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Электрохимический способ получения микродисперсных порошков гексаборидов металлов лантаноидной группы |
| RU2818277C1 (ru) * | 2023-03-17 | 2024-04-27 | Ганьчжоу Чэньгуан Рэа Эртс Нью Мэтириэл Ко., Лтд. | Вольфрамовый электрод для электролиза солевого расплава для получения редкоземельных металлов и способ его изготовления |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3902973A (en) * | 1973-10-04 | 1975-09-02 | Us Interior | Electrolytic preparation of lanthanide and actinide hexaborides using a molten, cryolite-base electrolyte |
| US5176890A (en) * | 1987-11-26 | 1993-01-05 | Rhone-Poulenc Chimie | Preparation of rare earth borides |
| RU2123975C1 (ru) * | 1997-09-05 | 1998-12-27 | Институт неорганической химии СО РАН | Способ получения боридов редкоземельных металлов |
-
2009
- 2009-08-03 RU RU2009129859/05A patent/RU2448044C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3902973A (en) * | 1973-10-04 | 1975-09-02 | Us Interior | Electrolytic preparation of lanthanide and actinide hexaborides using a molten, cryolite-base electrolyte |
| US5176890A (en) * | 1987-11-26 | 1993-01-05 | Rhone-Poulenc Chimie | Preparation of rare earth borides |
| RU2123975C1 (ru) * | 1997-09-05 | 1998-12-27 | Институт неорганической химии СО РАН | Способ получения боридов редкоземельных металлов |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2722753C1 (ru) * | 2019-12-25 | 2020-06-03 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Электрохимический способ получения микродисперсных порошков гексаборидов металлов лантаноидной группы |
| RU2818277C1 (ru) * | 2023-03-17 | 2024-04-27 | Ганьчжоу Чэньгуан Рэа Эртс Нью Мэтириэл Ко., Лтд. | Вольфрамовый электрод для электролиза солевого расплава для получения редкоземельных металлов и способ его изготовления |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009129859A (ru) | 2011-02-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Xiao et al. | Up-scalable and controllable electrolytic production of photo-responsive nanostructured silicon | |
| CN113371693A (zh) | 一种钴氮共掺杂的三维结构碳材料及其制备方法、应用 | |
| Chen et al. | Tuning the preferentially electrochemical growth of carbon at the “gaseous CO2-liquid molten salt-solid electrode” three-phase interline | |
| CN105197952A (zh) | 纳米单晶硼化镧的制备及其在电镜灯丝制备中的应用 | |
| CN1479810A (zh) | 金属间化合物 | |
| Zhuk et al. | Silicon electrodeposition from chloride–fluoride melts containing K2SiF6 and SiO2 | |
| CN104894641A (zh) | 一种高致密(LaxCa1-x)B6多晶阴极材料及其制备方法 | |
| Haarberg et al. | Electrodeposition of iron from molten mixed chloride/fluoride electrolytes | |
| ZHANG | Preparation of low-oxygen Ti powder from TiO2 through combining self-propagating high temperature synthesis and electrodeoxidation | |
| JP4765066B2 (ja) | シリコンの製造方法 | |
| CN114807991A (zh) | 一种硼氮共配位铜单原子催化剂的制备方法及其应用 | |
| Dai et al. | Direct electrochemical synthesis of zirconium carbide from zirconia/C precursors in molten calcium chloride | |
| RU2448044C2 (ru) | Способ получения нанодисперсного порошка гексаборида иттрия | |
| CN110562982B (zh) | 一种纳米碳化二钨颗粒及其制备方法和应用 | |
| Haarberg et al. | Electrodeposition of silicon with a liquid gallium cathode in molten salts | |
| Fang et al. | Formation of Si nanowires by the electrochemical reduction of SiO 2 with Ni or NiO additives | |
| RU2692759C1 (ru) | Свинцово-углеродный металлический композиционный материал для электродов свинцово-кислотных аккумуляторов и способ его синтеза | |
| RU2539593C1 (ru) | Электрохимический способ получения порошка гексаборида кальция | |
| Liu et al. | A novel preparation of Zr–Si intermetallics by electrochemical reduction of ZrSiO 4 in molten salts | |
| Wang et al. | Preparation of si/TiSi2 as high-performance anode material for lithium-ion batteries by molten salt electrolysis | |
| Xue et al. | Co-recovery of tungsten and lanthanum from photovoltaic tungsten-based busbars scrap by molten salt electrolysis | |
| RU2459015C2 (ru) | Способ получения нанодисперсных порошков двойных карбидов вольфрама и молибдена | |
| Kamaludeen et al. | LaB6 crystals from fused salt electrolysis | |
| RU2389684C2 (ru) | Электролитический способ получения наноразмерных порошков гексаборида неодима | |
| CN111364049A (zh) | 一种低成本熔盐电解制备硼化稀土的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120804 |