Получение прекурсоров и синтез из них порошков высокочистого оксида алюминия - Автореферат

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наукРабота выполнена в Федеральном Государственном унитарном предприятии «Государственный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт химических реактивов и особо чистых химических веществ» (ФГУП «ИРЕА»). Защита состоится «25» февраля 2009 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 217.034.01 Федерального Государственного унитарного предприятия «Государственный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт химических реактивов и особо чистых химических веществ», 107076, Москва, Богородский вал, 3, конференц-зал. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального Государственного унитарного предприятия «Государственный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт химических реактивов и особо чистых химических веществ».Актуальность темы В современной химической технологии определилось направление, связанное с получением особо чистых неорганических веществ, без которых невозможно развитие таких важных отраслей науки и техники, как полупроводниковая и атомная, квантовая электроника, нанотехнология, получение материалов для оптики. Большой интерес представляет высокочистый тонкодисперсный оксид алюминия, имеющий широкий спектр применения, в частности, для получения высококачественной оптической и конструкционной керамики, алюмо-иттриевых гранатов, выращивания монокристаллов лейкосапфиров. Материалы, созданные на основе особочистого оксида алюминия, отличаются своей термостойкостью, абразивной устойчивостью, обладают высокими показателями светопропускания в УФ-и ИК-области спектра, что делает их незаменимыми для использования в твердотельных лазерах и оптических приборах. Исследования выполнялись в соответствии с решением Федерального агентства по науке и инновациям о выполнении работы по теме: “Разработка технологии получения методом алкоксотехнологии тонкодисперсного высокочистого оксида алюминия для лейкосапфиров” № 01.168.24.047 от 18.12.2008 г. Проведено сравнение свойств порошков оксида алюминия, полученных из различных прекурсоров (алкоголятов, нитрата и ацетата алюминия), и показано, что наиболее высоким качеством обладают продукты, полученные паровым гидролизом изопропилата алюминия.Во введении обоснована актуальность темы диссертации, поставлены цели исследования: получение и анализ прекурсоров для синтеза порошков высокочистого тонкодисперсного оксида алюминия реакциями взаимодействия металлического алюминия с кислотами и спиртами; На основании требований, которые предъявляются к порошкам оксида алюминия, используемых в технологии выращивания лейкосапфировых труб, приведены данные о примесях, поглощающих излучение в ультрафиолетовой области спектра, таких как Na, Са, Ga, Hg, Ba, I, W и др. В экспериментальной части описаны методы исследований, исходные материалы, методики синтеза и очистки прекурсоров: ацетата алюминия, девятиводного нитрата алюминия, изопропилата и вторбутилата алюминия, представлены способы получения ультрадисперсных порошков оксида алюминия, приведены полученные результаты и проведено их обсуждение. Выход и содержание в синтезированном продукте нитрата алюминия определяли весовым методом путем взвешивания образца оксида алюминия, полученного прокаливанием исходного нитрата алюминия при температуре 600-650ОС. При изучении зависимости величины выхода продукта от следов влаги в изопропиловом спирте, было установлено, что увеличение содержания влаги в нем значительно уменьшает выход изопропилата алюминия за счет его гидролиза и пассивации поверхности алюминия.Сформулированы требования по составу примесей, лимитирующих качество шихты, используемой для получения лейкосапфира, прозрачного в области ультрафиолетового излучения. Разработан метод получения 9-водного нитрата алюминия - прекурсора для получения оксида алюминия методом термического разложения, изучены условия его очистки от примесей металлов, а также термическое разложение до оксида алюминия. Изучены методы получения порошков оксида алюминия паровым и жидкофазным гидролизом изопропилата алюминия, термическим разложением алкоголятов и ацетата алюминия и нитрата алюминия.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

Чекулаева (Сударикова) Е.Ю., Гринберг Е.Е. Синтез ацетата алюминия. Тезисы докладов Международной конференции по химической технологии ХТ 07, Москва, ИОНХ им. Н.С. Курнакова, 2007, с. 266-267.

Стрельникова И.Е., Гринберг Е.Е., Беляков А.В., Чекулаева (Сударикова) Е.Ю., Сеник Б.Н., Баранов К.В., Сырычко В.В. Получение и использование сложных алкоголятов в технологии тонких слоев оксидов // Тезисы докладов VII Международной научной конференции «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии», г. Кисловодск, 2007, с 445.

Гринберг Е.Е., Сударикова Е.Ю., Сырычко В.В., Стрельникова И.Е., Баранов К.В. Получение и применение высокочистых алкоголятов в технологии высокодисперсных порошков и тонкослойных покрытий// Тезисы докладов XIX Международной конференции «Материалы с особыми физическими свойствами и магнитные системы», г. Суздаль, 2007, с.62.

Жаданов В.Б., Баранов К.В., Чекулаева (Сударикова) Е.Ю., Сеник Б.Н. Анализ поверхностей твердых материалов методом ИК-спектроскопии // Тезисы докладов XI Международной конференции «Наукоемкие химические технологии - 2006», Самара, 2006, с.191.

Стрельникова И.Е., Гринберг Е.Е., Ивлева Ю.В., Беляков А.В., Чекулаева (Сударикова) Е.Ю., Иванов С.В., Баранов К.В. Получение сложных алкоголятов для «золь-гель» - технологии оксидных систем. Там же, с. 223.

Гринберг Е.Е., Сударикова Е.Ю., Сырычко В.В., Стрельникова И.Е., Потелов В.В., Баранов К.В. Технологические вопросы получения высокочистых веществ для золь-гель- и пиролитических методов синтеза // Физика и химия стекла, СПБ., 2008, т. 5, С.45 - 49.

Гринберг Е.Е., Чекулаева (Сударикова) Е.Ю., Стрельникова И.Е., Сырычко В.В., Баранов К.В. Технологические вопросы получения высокочистых веществ для золь-гель- и пиролитических методов осаждения тонкослойных покрытий // Тезисы докладов XX Всероссийского совещания по температуроустойчивым функциональным покрытиям, СПБ, 2007, с.113-114.

Сударикова Е.Ю., Гринберг Е.Е., Сеник Б.Н. Каталитический синтез ацетата алюминия// Материалы конференции МКХТ - 2007. Успехи в химии и химической технологии. Т.21. № 4. С. 49-51.

E.E. Grinberg, E.Yu. Sudarikova, V.V. Syrychko, I.E. Strel’nikova, V.V. Potelov, and K.V. Baranov. Technological Aspects of Preparation of High-Purity Compounds for Sol-Gel and Pyrolytic Synthesis Methods // Glass Physics and Chemistry. - 2008.- V.34, No. 4. - Р. 515.

Стрельникова И.Е., Гринберг Е.Е., Ивлева Ю.В., Беляков А.В., Чекулаева (Сударикова) Е.Ю. Получение прекурсоров синтеза сложных оксидов золь-гель методом // Тез. XVIII Международной научно-технической конференции «Химические реактивы, реагенты и продукты малотоннажной химии”, Минск, 2005, с. 32-33.

Гринберг Е.Е., Стрельникова И.Е., Баранов К.В., Бессарабов А.М., Чекулаева (Сударикова) Е.Ю., Рахлин В.И., Воронков М.Г., Каталитический синтез и некоторые свойства бис(триметилсилил)аминотриалкоксигерманов. Тезисы XIX Международной научно-технической конференции «Реактив 2006». Уфа, 2006, с. 32-33.

Размещено на .ru

1. Сформулированы требования по составу примесей, лимитирующих качество шихты, используемой для получения лейкосапфира, прозрачного в области ультрафиолетового излучения.

2. Разработаны методы каталитического синтеза алкоголятов и ацетата алюминия - прекурсоров для получения оксида алюминия пиролитическим, парофазным и жидкофазным золь-гель методами.

3. Разработан метод получения 9-водного нитрата алюминия - прекурсора для получения оксида алюминия методом термического разложения, изучены условия его очистки от примесей металлов, а также термическое разложение до оксида алюминия.

4. Определены физико-химические константы алкоголятов и бинарных систем на их основе, необходимые для выбора методов очистки и расчета их оптимальных режимов.

5. Исследованы методы глубокой очистки прекурсоров - кристаллизация, фильтрация, дистилляция. Показана возможность применения этих методов по отношению к каждому из полученных продуктов.

6. Изучены методы получения порошков оксида алюминия паровым и жидкофазным гидролизом изопропилата алюминия, термическим разложением алкоголятов и ацетата алюминия и нитрата алюминия. Показано, что наилучшим прекурсором, обеспечивающим получение тонкодисперсного высокочистого оксида алюминия, является изопропилат алюминия.

7.Разработана техологическая схема получения тонкодисперсного порошка оксида алюминия высокой чистоты методом жидкофазного гидролиза ИПА и проведен расчет материального баланса химических процессов.

8.Разработанная в рамках данной работы технология использована для получения высококачественной шихты для выращивания монокристаллических алюмо-иттриевых гранатов.