[go: up one dir, main page]

RU2611866C2 - METHOD OF PRODUCING FILMS AND PLATES FROM TITANIUM OXIDE IV TiO2 - RUTILE - Google Patents

METHOD OF PRODUCING FILMS AND PLATES FROM TITANIUM OXIDE IV TiO2 - RUTILE Download PDF

Info

Publication number
RU2611866C2
RU2611866C2 RU2015127148A RU2015127148A RU2611866C2 RU 2611866 C2 RU2611866 C2 RU 2611866C2 RU 2015127148 A RU2015127148 A RU 2015127148A RU 2015127148 A RU2015127148 A RU 2015127148A RU 2611866 C2 RU2611866 C2 RU 2611866C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rutile
titanium
tio
producing
gas medium
Prior art date
Application number
RU2015127148A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015127148A (en
Inventor
Сослан Арсенович Хубежов
Александр Петрович Блиев
Тамерлан Таймуразович Магкоев
Иван Вадимович Силаев
Бэлла Энгельсовна Гергиева
Инга Васильевна Тваури
Татьяна Ивановна Радченко
Нина Владимировна Сапунова
Давид Давидович Кибизов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Осетинский государственный университет имени Коста Левановича Хетагурова" (СОГУ)
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Осетинский государственный университет имени Коста Левановича Хетагурова" (СОГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Осетинский государственный университет имени Коста Левановича Хетагурова" (СОГУ)
Priority to RU2015127148A priority Critical patent/RU2611866C2/en
Publication of RU2015127148A publication Critical patent/RU2015127148A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2611866C2 publication Critical patent/RU2611866C2/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G23/00Compounds of titanium
    • C01G23/04Oxides; Hydroxides
    • C01G23/047Titanium dioxide
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00Manufacture or treatment of nanostructures

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

FIELD: nanotechnologies.
SUBSTANCE: invention relates to nanotechnologies and nanostructures, namely, to methods of producing a rutile layer in the form of a film or a plate. Method involves a process taking place in an oxidative gas medium, wherein the titanium surface is heated by means of a resistive, inductive or radiative exposure up to the temperature lower than the melting point close to the phase transition point of 800–900 °C in the oxidative gas medium containing oxygen and an inert gas or a mixture of inert gases at a pressure exceeding 100 Pa, herewith oxidation of the titanium near-surface layers takes place with simultaneous recombination into a structure corresponding to TiO2 – rutile.
EFFECT: technical result is eliminating technical difficulties of producing rutile, simplification of the technology of extracting the end product, as well as eliminating contamination of the end product.
1 cl, 4 ex

Description

Изобретение относится к нанотехнологиям и наноструктурам, а именно к методам получения пленок и пластинок рутила.The invention relates to nanotechnology and nanostructures, and in particular to methods for producing rutile films and plates.

Известен способ изготовления нанокристаллических пленок рутила (патент "Способ получения нанокристаллических пленок рутила", RU 2436727 С2, 29.01.2010), включающий формирование методом магнетронного распыления или электронно-лучевого испарения нанокристаллической пленки титана на оксидированной поверхности пластины из кремния и оксидирование пленки. Оксидирование осуществляют в окислительной газовой среде при импульсном облучении пленки титана фотонами с использованием импульсных ксеноновых ламп с диапазоном излучения 0,2-1,2 мкм в течение 1,6-1,8 с при длительности импульсов 10-2 с и дозе поступающего на пленку излучения от 230 до 260 Дж⋅см-2.A known method of manufacturing nanocrystalline rutile films (patent "Method for producing nanocrystalline rutile films", RU 2436727 C2, 01/29/2010), including the formation by magnetron sputtering or electron beam evaporation of a nanocrystalline titanium film on an oxidized surface of a silicon wafer and oxidizing the film. Oxidation is carried out in an oxidizing gas medium during pulsed irradiation of a titanium film with photons using pulsed xenon lamps with a radiation range of 0.2-1.2 μm for 1.6-1.8 s with a pulse duration of 10 -2 s and the dose received on the film radiation from 230 to 260 J⋅cm -2 .

Недостатком прототипа является то, что слой формируется в виде нанокристаллической пленки оксида титана на поверхности пластинки кремния, поэтому извлечение конечного продукта (рутила) из-за адгезии к кремнию сопряжено с техническими трудностями, т.к. титан является геттерным материалом, поэтому в процессе распыления его в газовой среде на кремниевую подложку происходит загрязнение конечного продукта; сложная техническая реализация, требующая строгого соблюдения всех технологических условий и предъявляющая высокие требования к оборудованию и персоналу.The disadvantage of the prototype is that the layer is formed in the form of a nanocrystalline film of titanium oxide on the surface of the silicon wafer, so the extraction of the final product (rutile) due to adhesion to silicon is associated with technical difficulties, because titanium is a getter material; therefore, in the process of spraying it in a gaseous medium onto a silicon substrate, the final product is contaminated; complex technical implementation, requiring strict adherence to all technological conditions and presenting high requirements for equipment and personnel.

Технической задачей является устранение технических трудностей получения рутила, упрощенная технология извлечения конечного продукта, устранение загрязнения конечного продукта.The technical task is to eliminate the technical difficulties of obtaining rutile, a simplified technology for the extraction of the final product, the elimination of contamination of the final product.

Технический результат достигается тем, что поверхность титана разогревают с помощью резистивного, индукционного или лучевого (лазерного, электронно-лучевого) воздействия до температуры ниже температуры плавления вблизи точки фазового перехода 800-900°С. Далее в окислительной газовой среде, содержащей кислород в объеме 10-40% и остальной объем - из инертного газа или смеси инертных газов, под давлением в интервале от 100 Па до 5⋅105 Па происходит окисление приповерхностных слоев титана с одновременной перестройкой в структуру, соответствующую TiO2 - рутилу. Регулируя время, в течение которого длится процесс окисления, можно получать пленки TiO2 - рутила толщиной от единиц до сотен нанометров или пластинки толщиной до 0,1 мм, свободные от посторонних примесей и загрязнений.The technical result is achieved by the fact that the titanium surface is heated by resistive, induction or radiation (laser, electron-beam) exposure to a temperature below the melting point near the phase transition point of 800-900 ° C. Further, in an oxidizing gas medium containing oxygen in a volume of 10–40% and the remaining volume from an inert gas or a mixture of inert gases, under pressure in the range from 100 Pa to 5⋅10 5 Pa, the surface layers of titanium are oxidized with a simultaneous transformation into a structure, corresponding TiO 2 - rutile. By adjusting the time during which the oxidation process lasts, it is possible to obtain TiO 2 - rutile films from a few to hundreds of nanometers thick or plates up to 0.1 mm thick, free from impurities and contaminants.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

Профилированная заготовка из чистого беспримесного титана устанавливается в специальных креплениях, обеспечивающих ее надежную фиксацию на опорной плите вакуумной установки. В вакууме порядка 10-3 Па при температуре 550°С производится предварительный отжиг поверхности титана для очистки ее от загрязнений. В камеру напускается окислительная газовая среда необходимого состава до достижения рабочего давления в камере. Поверхность титана разогревают с помощью резистивного, индукционного или лучевого (лазерного, электронно-лучевого) воздействия до температуры ниже температуры плавления вблизи точки фазового перехода (800-900°С). Выбор способа нагрева не оказывает никакого влияния на свойства и скорость получения TiO2 - рутила. Далее в окислительной газовой среде, содержащей кислород в объеме 10-40% и остальной объем - из инертного газа или смеси инертных газов, под давлением в интервале от 100 Па до 5⋅105 Па происходит окисление приповерхностных слоев титана с одновременной перестройкой в структуру, соответствующую TiO2 - рутилу. При остывании профилированной титановой заготовки со сформированным на ней слоем TiO2 - рутила происходит самопроизвольное отделение слоя TiO2 - рутила от титановой заготовки из-за различия в их коэффициентах теплового расширения. Регулируя время, в течение которого длится процесс окисления, можно получать пленки TiO2 - рутила толщиной от единиц до сотен нанометров или пластинки толщиной до 0,1 мм, свободные от посторонних примесей и загрязнений.Profiled billet made of pure pure titanium is installed in special mountings, ensuring its reliable fixation on the base plate of the vacuum installation. In a vacuum of the order of 10 -3 Pa at a temperature of 550 ° C, a preliminary annealing of the titanium surface is performed to clean it from contaminants. An oxidizing gas medium of the required composition is introduced into the chamber until the operating pressure in the chamber is reached. The surface of titanium is heated using resistive, induction or radiation (laser, electron-beam) exposure to a temperature below the melting point near the phase transition point (800-900 ° C). The choice of heating method has no effect on the properties and rate of production of TiO 2 - rutile. Further, in an oxidizing gas medium containing oxygen in a volume of 10–40% and the remaining volume from an inert gas or a mixture of inert gases, under pressure in the range from 100 Pa to 5⋅10 5 Pa, the surface layers of titanium are oxidized with a simultaneous transformation into a structure, corresponding TiO 2 - rutile. When cooling a profiled titanium billet with a TiO 2 - rutile layer formed on it, spontaneous separation of the TiO 2 - rutile layer from the titanium billet occurs due to the difference in their thermal expansion coefficients. By adjusting the time during which the oxidation process lasts, it is possible to obtain TiO 2 - rutile films from a few to hundreds of nanometers thick or plates up to 0.1 mm thick, free from impurities and contaminants.

Как видно из изложенного, техническая задача реализуется полностью и в сравнении с известным техническим решением - прототипом имеет преимущества:As can be seen from the foregoing, the technical task is fully implemented and in comparison with the known technical solution - the prototype has the advantages of:

1. Получаемые пленки и пластинки оксида титана легко отделяются от титановой подложки, на которой происходит окисление и структурирование;1. The resulting films and plates of titanium oxide are easily separated from the titanium substrate on which oxidation and crosslinking occurs;

2. Так как получение рутила происходит в газовой среде кислорода и инертных газов на поверхности металлического титана, исключается загрязнение формируемого оксида титана посторонними примесями;2. Since the production of rutile occurs in a gaseous atmosphere of oxygen and inert gases on the surface of metallic titanium, contamination of the formed titanium oxide with foreign impurities is excluded;

3. Предлагаемый способ получения рутила прост в реализации по сравнению с прототипом.3. The proposed method for producing rutile is simple to implement in comparison with the prototype.

Пример 1. Титановая лента разогревается с помощью резистивного, индукционного, лазерного или электронно-лучевого воздействия в газовой среде до температуры ниже температуры плавления вблизи точки фазового перехода (800-900°С) и начала роста оксидной пленки, выдерживается в этом состоянии в течение 3 секунд. Выбор способа нагрева не оказывает никакого влияния на свойства и скорость получения TiO2 - рутила. Образуется сплошная устойчивая пленка толщиной порядка 50 нм с высокой адгезией к титановой ленте, состоящая из диоксида титана в виде рутила, свободного от посторонних примесей и загрязнений.Example 1. A titanium tape is heated by resistive, induction, laser or electron beam exposure in a gaseous medium to a temperature below the melting point near the phase transition point (800-900 ° C) and the onset of oxide film growth is maintained in this state for 3 seconds. The choice of heating method has no effect on the properties and rate of production of TiO 2 - rutile. A continuous stable film is formed with a thickness of the order of 50 nm with high adhesion to the titanium tape, consisting of titanium dioxide in the form of rutile, free from impurities and impurities.

Пример 2. Титановая лента разогревается с помощью резистивного, индукционного, лазерного или электронно-лучевого воздействия в газовой среде до температуры ниже температуры плавления вблизи точки фазового перехода (800-900°С) и начала роста оксидной пленки, выдерживается в этом состоянии в течение 15 секунд. Выбор способа нагрева не оказывает никакого влияния на свойства и скорость получения TiO2 - рутила. Образуется пористая пленка толщиной порядка 500 нм со слабой адгезией к титановой ленте, состоящая из диоксида титана в виде рутила, свободная от посторонних примесей и загрязнений.Example 2. The titanium tape is heated by resistive, induction, laser or electron beam exposure in a gaseous medium to a temperature below the melting point near the phase transition point (800-900 ° C) and the beginning of the growth of the oxide film is maintained in this state for 15 seconds. The choice of heating method has no effect on the properties and rate of production of TiO 2 - rutile. A porous film with a thickness of about 500 nm is formed with weak adhesion to the titanium tape, consisting of titanium dioxide in the form of rutile, free from impurities and contaminants.

Пример 3. Титановая лента разогревается с помощью резистивного, индукционного, лазерного или электронно-лучевого воздействия в газовой среде до температуры ниже температуры плавления вблизи точки фазового перехода (800-900°С) и начала роста оксидной пленки, выдерживается в этом состоянии в течение 3 минут. Выбор способа нагрева не оказывает никакого влияния на свойства и скорость получения TiO2 - рутила. На поверхности образуется сплошная пластинка диоксида титана в виде рутила толщиной порядка 0,06 мм со слабой адгезией к титановой ленте, свободная от посторонних примесей и загрязнений, которая может быть легко отделена от исходной титановой ленты пинцетом без разрушения.Example 3. The titanium tape is heated by resistive, induction, laser or electron beam exposure in a gas medium to a temperature below the melting point near the phase transition point (800-900 ° C) and the beginning of the growth of the oxide film is maintained in this state for 3 minutes. The choice of heating method has no effect on the properties and rate of production of TiO 2 - rutile. On the surface, a continuous plate of titanium dioxide is formed in the form of rutile about 0.06 mm thick with weak adhesion to the titanium tape, free from impurities and impurities, which can be easily separated from the original titanium tape with tweezers without breaking.

Пример 4. Титановая лента разогревается с помощью резистивного, индукционного, лазерного или электронно-лучевого воздействия в газовой среде до температуры ниже температуры плавления вблизи точки фазового перехода (800-900°С) и начала роста оксидной пленки, выдерживается в этом состоянии в течение 5 минут. Выбор способа нагрева не оказывает никакого влияния на свойства и скорость получения TiO2 - рутила. На поверхности образуется сплошная пластинка диоксида титана в виде рутила толщиной порядка 0,08 мм со слабой адгезией к титановой ленте, свободная от посторонних примесей и загрязнений, которая может быть легко отделена от исходной титановой ленты пинцетом без разрушения.Example 4. A titanium tape is heated by resistive, induction, laser or electron beam exposure in a gaseous medium to a temperature below the melting point near the phase transition point (800-900 ° C) and the onset of oxide film growth is maintained in this state for 5 minutes. The choice of heating method has no effect on the properties and rate of production of TiO 2 - rutile. On the surface, a continuous plate of titanium dioxide is formed in the form of rutile about 0.08 mm thick with weak adhesion to the titanium tape, free from impurities and impurities, which can be easily separated from the original titanium tape with tweezers without breaking.

Claims (1)

Способ получения слоя оксида титана ТiO2 - рутила в виде пленки или пластинки, включающий процесс, происходящий в окислительной газовой среде, отличающийся тем, что поверхность титана разогревают с помощью резистивного, индукционного или лучевого воздействия до температуры ниже температуры плавления вблизи точки фазового перехода 800-900°С в окислительной газовой среде, содержащей кислород и инертный газ или смесь инертных газов, при давлении, превышающем 100 Па, при этом происходит окисление приповерхностных слоев титана с одновременной перестройкой в структуру, соответствующую ТiO2 - рутилу.A method of producing a TiO 2 - rutile titanium oxide layer in the form of a film or plate, including a process that takes place in an oxidizing gas medium, characterized in that the titanium surface is heated by resistive, induction or radiation to a temperature below the melting point near the phase transition point 800- 900 ° C in an oxidizing gas medium containing oxygen and an inert gas or a mixture of inert gases, at a pressure exceeding 100 Pa, while the surface layers of titanium are oxidized while Restructuring into a structure corresponding to TiO 2 - rutile.
RU2015127148A 2015-07-06 2015-07-06 METHOD OF PRODUCING FILMS AND PLATES FROM TITANIUM OXIDE IV TiO2 - RUTILE RU2611866C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015127148A RU2611866C2 (en) 2015-07-06 2015-07-06 METHOD OF PRODUCING FILMS AND PLATES FROM TITANIUM OXIDE IV TiO2 - RUTILE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015127148A RU2611866C2 (en) 2015-07-06 2015-07-06 METHOD OF PRODUCING FILMS AND PLATES FROM TITANIUM OXIDE IV TiO2 - RUTILE

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015127148A RU2015127148A (en) 2017-01-12
RU2611866C2 true RU2611866C2 (en) 2017-03-01

Family

ID=58449518

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015127148A RU2611866C2 (en) 2015-07-06 2015-07-06 METHOD OF PRODUCING FILMS AND PLATES FROM TITANIUM OXIDE IV TiO2 - RUTILE

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2611866C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2838146C1 (en) * 2023-05-24 2025-04-11 Ниварокс-Фар С.А. Clock mechanism balance spring processing method

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050233146A1 (en) * 2002-02-12 2005-10-20 Ralph Nonninger Nanoscale rutile or nanoscale oxide and method for producing the same
RU2436727C2 (en) * 2010-01-29 2011-12-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" Method to produce nanocrystalline films of rutile
RU2481271C2 (en) * 2007-10-12 2013-05-10 Кронос Интернациональ, Инк. Method of producing titanium dioxide and titanium dioxide particle
RU2527262C2 (en) * 2012-10-09 2014-08-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники Pigment based on modified powder of titanium dioxide
RU2547490C2 (en) * 2013-07-16 2015-04-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук (ИТПМ СО РАН) Method for synthesis of nanosize particles of titanium dioxide powder
WO2015165369A1 (en) * 2014-04-30 2015-11-05 淄博晟钛复合材料科技有限公司 Method for preparing nanometer titanium dioxide

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050233146A1 (en) * 2002-02-12 2005-10-20 Ralph Nonninger Nanoscale rutile or nanoscale oxide and method for producing the same
RU2481271C2 (en) * 2007-10-12 2013-05-10 Кронос Интернациональ, Инк. Method of producing titanium dioxide and titanium dioxide particle
RU2436727C2 (en) * 2010-01-29 2011-12-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" Method to produce nanocrystalline films of rutile
RU2527262C2 (en) * 2012-10-09 2014-08-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники Pigment based on modified powder of titanium dioxide
RU2547490C2 (en) * 2013-07-16 2015-04-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук (ИТПМ СО РАН) Method for synthesis of nanosize particles of titanium dioxide powder
WO2015165369A1 (en) * 2014-04-30 2015-11-05 淄博晟钛复合材料科技有限公司 Method for preparing nanometer titanium dioxide

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2838146C1 (en) * 2023-05-24 2025-04-11 Ниварокс-Фар С.А. Clock mechanism balance spring processing method

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015127148A (en) 2017-01-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5530589B2 (en) Nanoparticle generation and deposition methods
US10683586B2 (en) Method of pulsed laser-based large area graphene synthesis on metallic and crystalline substrates
JP6456400B2 (en) Method and apparatus for surface treating a substrate
EP3098198B1 (en) Production method of graphene foil with a pre-defined number of graphene layers
KR101493893B1 (en) Manufacturing method of graphene using pulsed laser deposition
CN106756792A (en) A kind of preparation method of oxide transparent electrode film
CN107993923B (en) A preparation method of controllable quantum dot array based on photothermal effect
TW201916164A (en) Member having exellent resistance against plasmacorrosion for plasma etching device and method for producing the same
Weber et al. Direct growth of patterned graphene
WO2016013984A1 (en) Process for depositing metal or metalloid chalcogenides
RU2611866C2 (en) METHOD OF PRODUCING FILMS AND PLATES FROM TITANIUM OXIDE IV TiO2 - RUTILE
CN104058446B (en) A low-dimensional zinc oxide nanomaterial and its low-temperature plasma preparation method
CN106024971A (en) Single selenium micron tube photoelectric detector, and preparation method and responsivity reinforcement method therefor
KR101268477B1 (en) Fabrication method of graphene using filtered vacuum arc source, and the graphene thereby
Nee et al. Characterization of the anomalous luminescence properties from self-ordered porous anodic alumina with oxalic acid electrolytes
CN106906451A (en) A kind of electron irradiation preparation method of film surface aluminum oxide quantum dot
CN103320753B (en) The preparation method of the controlled aluminum nanoparticles array of a kind of size density
RU2436727C2 (en) Method to produce nanocrystalline films of rutile
CN110468378A (en) A kind of preparation method of densification five oxidation two tantalum film
Sola et al. Electron beam induced growth of silica nanorods and heterostructures in poroussilicon
CN115537920B (en) A two-dimensional transition metal chalcogenide and its preparation and application
CN108642444B (en) A kind of preparation method of highly transparent photoluminescence zinc oxide-polyethylene composite coating
Shen et al. Fabrication and evolution of Cu nanoparticles in Al2O3 crystal by ion implantation and annealing at different atmospheres
JP5234773B2 (en) Method for forming titanium oxide film
RU2622092C1 (en) Application of vacuum deposit germanium from the german gas medium as a method of removing silicon dioxide from the working surface of the silicon cover and method of manufacturing a germanium monocrystalline film on the silicon support including the used application

Legal Events

Date Code Title Description
HZ9A Changing address for correspondence with an applicant
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190707