[go: up one dir, main page]

RU2349548C1 - Method of producing ultrafine gallium oxide - Google Patents

Method of producing ultrafine gallium oxide Download PDF

Info

Publication number
RU2349548C1
RU2349548C1 RU2007129702/15A RU2007129702A RU2349548C1 RU 2349548 C1 RU2349548 C1 RU 2349548C1 RU 2007129702/15 A RU2007129702/15 A RU 2007129702/15A RU 2007129702 A RU2007129702 A RU 2007129702A RU 2349548 C1 RU2349548 C1 RU 2349548C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gallium
gallium oxide
oxide
metallic
mixture
Prior art date
Application number
RU2007129702/15A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Георгий Георгиевич Кознов (RU)
Георгий Георгиевич Кознов
Елена Евгеньевна Кознова (RU)
Елена Евгеньевна Кознова
Елена Георгиевна Кознова (RU)
Елена Георгиевна Кознова
Original Assignee
Георгий Георгиевич Кознов
Елена Евгеньевна Кознова
Елена Георгиевна Кознова
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Георгий Георгиевич Кознов, Елена Евгеньевна Кознова, Елена Георгиевна Кознова filed Critical Георгий Георгиевич Кознов
Priority to RU2007129702/15A priority Critical patent/RU2349548C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2349548C1 publication Critical patent/RU2349548C1/en

Links

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: present invention can be used in chemical industry. Ultrafine gallium oxide is obtained using self-propagating high-temperature synthesis method. Gallium oxide is mixed with metallic gallium, while adding gallium oxide powder to the mixture in ratio of 1: (0.136 - 0.148) : (0.047 - 0.059), respectively. Metallic gallium is oxidised through localised heating of the mixture in an oxygen-containing gas.
EFFECT: proposed invention allows for obtaining high quality gallium oxide with particle size less than 1 mcm and with output of the given fraction of not less than 85%, and less than 10-4% content of metallic gallium.
1 tbl

Description

Изобретение относится к способам получения оксида галлия для использования при изготовлении специальной керамики, керамических покрытий и сложных оксидных соединений, используемых в оптике.The invention relates to methods for producing gallium oxide for use in the manufacture of special ceramics, ceramic coatings and complex oxide compounds used in optics.

Известен способ получения оксида галлия, включающий растворение технического галлия марки Гл-1 в 30% щавелевой кислоте марки ХЧ при нагревании до 100°С. Растворение ведут в течение 6 часов при перемешивании и поддержании постоянным уровня раствора. Затем раствор фильтруют, упаривают досуха и прокаливают в муфельной печи и в течение 3 часов при температуре 800°С. Полученный оксид галлия имел следующий примесный состав, % масс.: Cu 1·10-4, Ni 1·10-4, Fe 5·10-4, Al 5·10-4, SO4 и NO3 не обнаружены.A known method of producing gallium oxide, including the dissolution of technical gallium brand Gl-1 in 30% oxalic acid grade HCh when heated to 100 ° C. Dissolution is carried out for 6 hours with stirring and maintaining a constant solution level. Then the solution is filtered, evaporated to dryness and calcined in a muffle furnace and for 3 hours at a temperature of 800 ° C. The obtained gallium oxide had the following impurity composition, wt%: Cu 1 · 10 -4 , Ni 1 · 10 -4 , Fe 5 · 10 -4 , Al 5 · 10 -4 , SO 4 and NO 3 were not detected.

Такой оксид галлия соответствует марке ОСЧ. (См. а.с. СССР №916404, C01G 15/00, опубл. 30.03.82 г.)Such gallium oxide corresponds to the brand of special grade. (See AS of the USSR No. 916404, C01G 15/00, publ. 30.03.82)

Преимуществом способа является то, что из технического галлия получают оксид галлия марки ОСЧ.The advantage of the method is that from technical gallium, gallium oxide of the OSH grade is obtained.

Недостатком способа является многостадийность процесса, высокие энергозатраты.The disadvantage of this method is the multi-stage process, high energy consumption.

Известен способ получения оксида галлия путем взаимодействия металлического галлия с водой в автоклаве при температуре свыше 200°С при давлении 200-300 бар с получением гидроокиси галлия и его последующей прокалкой. (См. патент ФРГ №2517292, С01G 15/00, 1976 г.).A known method of producing gallium oxide by the interaction of metallic gallium with water in an autoclave at a temperature of over 200 ° C at a pressure of 200-300 bar to obtain gallium hydroxide and its subsequent calcination. (See Germany patent No. 2517292, С01G 15/00, 1976).

Недостатками способа являются сложное аппаратурное оформление процесса, невозможность получения оксида галлия высокой чистоты из-за загрязнения оксида контейнерным материалом автоклава.The disadvantages of the method are the complex instrumentation of the process, the inability to obtain gallium oxide of high purity due to contamination of the oxide with the container material of the autoclave.

Известен автогенный процесс получения оксидных соединений редких, рассеянных металлов, в том числе и оксидов галлия, процесс самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, СВС.Known autogenous process for producing oxide compounds of rare, trace metals, including gallium oxides, the process of self-propagating high-temperature synthesis, SHS.

Сущность процесса заключается в следующем.The essence of the process is as follows.

Смешивают металл с его оксидом и в токе кислородсодержащего газа поджигают. В точке поджига образуется высокая температура и за счет экзотермического характера взаимодействия компонентов процесс окисления самораспространяется по объему материала, не требуя подачи энергии извне.The metal is mixed with its oxide and ignited in a stream of oxygen-containing gas. At the ignition point, a high temperature is formed, and due to the exothermic nature of the interaction of the components, the oxidation process self-propagates over the volume of the material, without requiring external energy supply.

Известен способ получения композиционных оксидных соединений редких, рассеянных металлов, в том числе содержащих оксид галлия, высокотемпературным самораспространяющимся синтезом. («Физико-химические и технологические основы самораспространяющегося высокотемпературного синтеза.» ГРИФ УМО МО РФ. Левашов Е.А., Рогачев А.С., Юхвид В.И., Изд. «Бином», 1999 г.).A known method of producing composite oxide compounds of rare, trace metals, including those containing gallium oxide, high-temperature self-propagating synthesis. (“Physicochemical and technological fundamentals of self-propagating high-temperature synthesis.” GRIF UMO MO RF. Levashov EA, Rogachev AS, Yukhvid VI, Publishing House “Binom”, 1999).

Способ заключается в смешивании оксидов лантана, кремния и галлия с металлическим галлием с последующим локальным кратковременным нагревом в кислородсодержащей среде до начала протекания реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в режиме горения.The method consists in mixing the oxides of lanthanum, silicon and gallium with metallic gallium followed by local short-term heating in an oxygen-containing medium before the start of the reaction of self-propagating high-temperature synthesis in the combustion mode.

В данном способе в результате реакции СВС происходит окисление металлического галлия до образования оксида галлия, который связывает в сложный композиционный шихтовой материал лангасит, оксид лантана, оксид кремния, оксид галлия в заданном стехиометрическом составе. (См. патент РФ №2126063, С30В 29/34, опубл. 1999 г.).In this method, as a result of the SHS reaction, gallium metal is oxidized to gallium oxide, which binds langasite, lanthanum oxide, silicon oxide, gallium oxide in a given stoichiometric composition into a complex composite charge material. (See RF patent No. 2126063, C30B 29/34, publ. 1999).

Недостатком такого способа окисления галлия является неполнота окисления галлия. Для устранения этого недостатка требуется дополнительная термообработка синтезированного материала.The disadvantage of this method of gallium oxidation is the incompleteness of gallium oxidation. To eliminate this drawback, additional heat treatment of the synthesized material is required.

Известен способ получения ультрадисперсного оксида галлия с использованием метода самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. (См. Тезисы докладов Всероссийской конференции «Керамика и композиционные материалы.) В источнике информации не приведены параметры процесса. Способ принят за прототип.A known method of producing ultrafine gallium oxide using the method of self-propagating high-temperature synthesis. (See Abstracts of the All-Russian Conference “Ceramics and Composite Materials.) The process parameters are not given in the source of information. The method adopted for the prototype.

Техническим результатом изобретения является снижение остаточного содержания непрореагировавшего галлия, получение порошка оксида галлия с размером частиц менее 1 мкм и с выходом данной фракции не менее 85%.The technical result of the invention is to reduce the residual content of unreacted gallium, obtaining a powder of gallium oxide with a particle size of less than 1 μm and with a yield of this fraction of at least 85%.

Технический результат достигается тем, что в способе получения мелкодисперсного оксида галлия методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, включающем смешение оксида галлия с металлическим галлием и окисление металлического галлия путем локального нагрева смеси в кислородсодержащем газе, согласно изобретению смешение оксида галлия с металлическим галлием проводят с введением порошка гидрооксида галлия в соотношении (1):(0,136-0,148):(0,047-0,059) соответственно.The technical result is achieved by the fact that in the method for producing finely dispersed gallium oxide by the method of self-propagating high-temperature synthesis, comprising mixing gallium oxide with metallic gallium and oxidizing metallic gallium by local heating of the mixture in an oxygen-containing gas, according to the invention, the mixing of gallium oxide with metallic gallium is carried out with the introduction of gallium hydroxide powder in the ratio (1) :( 0.136-0.148) :( 0.047-0.059), respectively.

Сущность изобретения заключается в проведении процесса СВС для получения мелкодисперсного оксида галлия с использованием в качестве исходных материалов смеси компонентов: оксид галлия, металлический галлий и порошкообразный гидрооксид галлия формулы GaO2H в определенном соотношении 1:(0,136-0,148):(0,047-0,059) соответственно.The essence of the invention is to conduct the SHS process to obtain finely dispersed gallium oxide using as starting materials a mixture of components: gallium oxide, metallic gallium and powdered gallium hydroxide of the formula GaO2H in a certain ratio of 1: (0.136-0.148) :( 0.047-0.059), respectively.

Процесс СВС проходит в режиме горения за счет экзотермического эффекта реакции окисления галлия. Введение в исходную шихту для осуществления процесса СВС согласно изобретению нового компонента - гидрооксида галлия, обеспечивает новые термические условия взаимодействия компонентов шихты.The SHS process takes place in the combustion mode due to the exothermic effect of the gallium oxidation reaction. Introduction to the initial charge for the implementation of the SHS process according to the invention of a new component - gallium hydroxide, provides new thermal conditions for the interaction of the charge components.

В процессе горения и окисления галлия одновременно происходит разложение гидрооксида галлия, а это процесс в отличие от процесса горения и окисления галлия является эндотермическим процессом. В этих условиях за счет выделения в газовую фазу воды осуществляется теплоотвод из зоны горения и при равномерном распределении компонентов в исходной смеси по объему достигается выравнивание температуры также во всем объеме реагируемых компонентов шихты с одновременным разрыхлением материала. Это приводит к двум положительным результатам - полному взаимодействию галлия с кислородом и к подавляющему образованию мелкодисперсного оксида галлия во всей зоне реакции.In the process of combustion and oxidation of gallium, decomposition of gallium hydroxide occurs simultaneously, and this process, in contrast to the process of combustion and oxidation of gallium, is an endothermic process. Under these conditions, due to the release of water into the gas phase, heat is removed from the combustion zone and, with a uniform distribution of components in the initial mixture by volume, temperature is equalized also in the entire volume of the reacted charge components with simultaneous loosening of the material. This leads to two positive results — the complete interaction of gallium with oxygen and the overwhelming formation of finely dispersed gallium oxide in the entire reaction zone.

В результате получают оксид галлия с содержанием металлического галлия <0,0001% и выход фракции с размером частиц менее 1 мкм более 85%.The result is gallium oxide with a metal gallium content <0.0001% and a fraction yield with a particle size of less than 1 μm greater than 85%.

Обоснование параметров.Justification of the parameters.

При уменьшении нижнего предела 0,136 содержания расплавленного галлия снижается температура процесса и скорость окисления галлия, окисление осуществляется не полностью. При увеличении верхнего предела содержания расплавленного галлия более 0,148 диспергирование галлия ухудшается за счет уменьшения поверхности оксида галлия по отношению к объему металлического галлия, что приводит к увеличению металлического галлия в оксиде галлия.With a decrease in the lower limit of 0.136 of molten gallium content, the process temperature and the rate of gallium oxidation decrease, and oxidation is not carried out completely. With an increase in the upper limit of molten gallium content of more than 0.148, gallium dispersion deteriorates due to a decrease in the surface of gallium oxide with respect to the volume of gallium metal, which leads to an increase in gallium metal in gallium oxide.

При уменьшении нижнего предела 0,047 содержания гидрооксида галлия возрастает температурный градиент в объеме материала, возрастает локальная температура процесса СВС, что приводит к укрупнению фракционного состава оксида галлия и неполноте окисления галлия за счет ухудшения газопроницаемости смеси. При увеличении верхнего предела содержания гидрооксида галлия более 0,059 снижается температура процесса и скорость окисления галлия, окисление осуществляется не полностью, что приводит к увеличению металлического галлия в оксиде галлия.With a decrease in the lower limit of 0.047 gallium hydroxide content, the temperature gradient in the bulk of the material increases, the local temperature of the SHS process increases, which leads to an increase in the fractional composition of gallium oxide and incomplete oxidation of gallium due to a decrease in the gas permeability of the mixture. With an increase in the upper limit of the content of gallium hydroxide more than 0.059, the process temperature and the rate of gallium oxidation decrease, the oxidation is not complete, which leads to an increase in metallic gallium in gallium oxide.

Заявленное соотношение оксида галлия, галлия и гидрооксида галлия (1):(0,136-0,148):(0,047-0,059) соответственно позволяет получить ультрадисперсный порошок оксида галлия с высоким выходом фракции с размером частиц порошка менее 1 мкм и с остаточным содержанием галлия в получаемом оксиде галлия менее 1·10-4% масс.The claimed ratio of gallium oxide, gallium and gallium hydroxide (1) :( 0.136-0.148) :( 0.047-0.059), respectively, allows to obtain ultrafine gallium oxide powder with a high yield of fraction with a powder particle size of less than 1 μm and with a residual gallium content in the resulting oxide gallium less than 1 · 10 -4 % of the mass.

Пример осуществления способаAn example of the method

В качестве исходных компонентов использовали оксид галлия и гидрооксид галлия (GaO2H) с содержанием основных компонентов не менее 99,99% по массе и размером фракций <1 мкм не менее 85% и металлический галлий чистотой 99,999% по массе.As the starting components, gallium oxide and gallium hydroxide (GaO 2 H) were used with a content of the main components of at least 99.99% by mass and a fraction size of <1 μm at least 85% and metallic gallium with a purity of 99.999% by mass.

Металлический галлий в количестве 272,2 г (0,136 частей) расплавляли и смешивали с 2000 г (1 частью) оксида галлия и 94,7 г (0,047 частями) гидрооксида галлия (GaO2H) на электромагнитном вибросмесителе в контейнере из органического стекла в течение 60 минут. Смесь засыпали слоем 6-8 сантиметров на кварцевую лодочку и загружали в реактор проточного типа. После подачи кислорода осуществляли локальный нагрев смеси с помощью нагревателя сопротивления до начала самопроизвольного распространения процесса горения в объеме смеси. Процесс заканчивали после прохождения горения по всему объему смеси и ее охлаждению до комнатной температуры. По окончании процесса готовый оксид галлия анализировали на содержание металлического галлия и дисперсный состав.Gallium metal in an amount of 272.2 g (0.136 parts) was melted and mixed with 2000 g (1 part) of gallium oxide and 94.7 g (0.047 parts) of gallium hydroxide (GaO 2 H) on an electromagnetic vibration mixer in an organic glass container for 60 minutes The mixture was poured with a layer of 6-8 centimeters onto a quartz boat and loaded into a flow-type reactor. After oxygen was supplied, the mixture was heated locally using a resistance heater until spontaneous propagation of the combustion process in the mixture volume. The process was completed after burning through the entire volume of the mixture and cooling it to room temperature. At the end of the process, the finished gallium oxide was analyzed for gallium metal content and dispersed composition.

Результаты осуществления способа при различных значениях заявленных параметров представлены в таблице.The results of the method for various values of the declared parameters are presented in the table.

Соотношение компонентов исходной смеси, (в частях)The ratio of the components of the initial mixture, (in parts) Количество фракции оксида галлия менее 1 мкмThe fraction of gallium oxide is less than 1 μm Содержание металлического галлия, % по весуThe content of gallium metal,% by weight Оксид галлияGallium oxide Металлический галлийMetal gallium Гидрооксид галлия GaO2HGallium hydroxide GaO 2 H 1one 0,1360.136 0,0470,047 >85> 85 <0,0001<0.0001 1one 0,1480.148 0,0590.059 >85> 85 <0,0001<0.0001 1one 0,140.14 0,0530,053 >85> 85 <0,0001<0.0001 1one 0,1590.159 0,0530,053 7575 0,0080.008 1one 0,120.12 0,0530,053 8484 0,0070.007 1one 0,140.14 0,030,03 7676 0,00060,0006 1one 0,140.14 0,070,07 8585 0,0060.006

Таким образом, заявленное изобретение позволяет получить ультрадисперсный порошок оксида галлия высокого качества с содержанием металлического галлия менее 10-4%Thus, the claimed invention allows to obtain ultrafine powder of gallium oxide of high quality with a metal gallium content of less than 10 -4 %

Claims (1)

Способ получения ультрадисперсного оксида галлия методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, включающий смешение оксида галлия с металлическим галлием и окисление металлического галлия путем локального нагрева смеси в кислородсодержащем газе, отличающийся тем, что смешение оксида галлия с металлическим галлием проводят с введением порошка гидрооксида галлия в соотношении 1:(0,136-0,148):(0,047-0,059) соответственно. A method of producing ultrafine gallium oxide by the method of self-propagating high-temperature synthesis, comprising mixing gallium oxide with metallic gallium and oxidizing metallic gallium by local heating of the mixture in an oxygen-containing gas, characterized in that the mixing of gallium oxide with metal gallium is carried out with the introduction of gallium hydroxide powder in a ratio of 1 :( 0.136-0.148) :( 0.047-0.059), respectively.
RU2007129702/15A 2007-08-03 2007-08-03 Method of producing ultrafine gallium oxide RU2349548C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007129702/15A RU2349548C1 (en) 2007-08-03 2007-08-03 Method of producing ultrafine gallium oxide

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007129702/15A RU2349548C1 (en) 2007-08-03 2007-08-03 Method of producing ultrafine gallium oxide

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2349548C1 true RU2349548C1 (en) 2009-03-20

Family

ID=40545207

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007129702/15A RU2349548C1 (en) 2007-08-03 2007-08-03 Method of producing ultrafine gallium oxide

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2349548C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104528805A (en) * 2014-12-26 2015-04-22 西安理工大学 Hydrothermal preparation method and application of Ba3In2(OH)12
CN104528806A (en) * 2014-12-26 2015-04-22 西安理工大学 Self-propagating combustion preparation method and application of Ba4In2O7

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4351821A (en) * 1980-06-27 1982-09-28 Rhone-Poulenc Industries Preparation of gallium oxide
SU1745679A1 (en) * 1990-05-07 1992-07-07 Научно-исследовательский институт физико-химических проблем Белорусского государственного университета им.В.И.Ленина Process for preparing highly dispersing metal oxide
RU2126063C1 (en) * 1996-09-23 1999-02-10 Рафида Девелопментс Инкорпорейтед Method of producing mixture for growing of single crystals of lanthanum-gallium silicate
JP2000313696A (en) * 1999-04-27 2000-11-14 Victor Co Of Japan Ltd Preparation of oxide single crystal
JP2002003298A (en) * 2000-06-19 2002-01-09 Victor Co Of Japan Ltd Method of preparation of oxide single crystal

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4351821A (en) * 1980-06-27 1982-09-28 Rhone-Poulenc Industries Preparation of gallium oxide
SU1745679A1 (en) * 1990-05-07 1992-07-07 Научно-исследовательский институт физико-химических проблем Белорусского государственного университета им.В.И.Ленина Process for preparing highly dispersing metal oxide
RU2126063C1 (en) * 1996-09-23 1999-02-10 Рафида Девелопментс Инкорпорейтед Method of producing mixture for growing of single crystals of lanthanum-gallium silicate
JP2000313696A (en) * 1999-04-27 2000-11-14 Victor Co Of Japan Ltd Preparation of oxide single crystal
JP2002003298A (en) * 2000-06-19 2002-01-09 Victor Co Of Japan Ltd Method of preparation of oxide single crystal

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104528805A (en) * 2014-12-26 2015-04-22 西安理工大学 Hydrothermal preparation method and application of Ba3In2(OH)12
CN104528806A (en) * 2014-12-26 2015-04-22 西安理工大学 Self-propagating combustion preparation method and application of Ba4In2O7

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Granados-Correa et al. Combustion synthesis process for the rapid preparation of high-purity SrO powders
JP5998270B2 (en) Method for producing vanadium dioxide-based material
JP2017132677A (en) Manufacturing method of vanadium dioxide
CN106029563B (en) It is prepared by using the boron phosphide of alkali metal reduction boron phosphate
Luo et al. Preparation mechanism and oxidation behavior of MgSiN2 powders by catalytic carbothermic reduction: Role of Fe2O3 and CaO
RU2349548C1 (en) Method of producing ultrafine gallium oxide
RU2385294C2 (en) Method of producing bismuth (iii) oxide powder
Nersisyan et al. Combustion synthesis of WC powder in the presence of alkali salts
Jang et al. Scalable synthesis of high purities ammonium dinitramide and its decomposition characteristics
Guo et al. Effects of process parameters on ultrafine SiC synthesis using induction plasmas
Yekta et al. Synthesis of a zircon-cadmium sulfo selenide pigment by a sol-gel technique
RU2354611C1 (en) Method of gallium oxide production
CN117534479A (en) Preparation method of aluminum nitride nano powder based on continuous gas phase activation
JP6632455B2 (en) Method for producing vanadium dioxide based heat storage material
JPH0747489B2 (en) Bi5O7 (NO3) compound represented by formula and process for producing the same
JPH082907A (en) Silicon nitride powder
KR101253426B1 (en) Preparation method of aluminum nitride powder
JP5768270B2 (en) Sialon and synthesis method thereof
Souza et al. Preparation of tantalum carbide from an organometallic precursor
Chukhlomina et al. Mechanism and features of nitriding of ferrosilicon in the combustion regime
Zakaryan et al. Magnesio-carbothermal reduction of CuWo4/MeO nanostructured precursors & synthesis of W/Cu composite materials
RU2550882C1 (en) Method for producing silicon nitride alpha phase by self-propagating high temperature synthesis
US591675A (en) Jean rf
Shiota et al. Synthesis of LaB6 from BN and lanthanum-citrate-hydrate
Amalajyothi et al. Novel synthesis of cerium hexaboride by hexamine route

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090804