СВС-технология изготовления люминофоров

Самораспросраняющийся высокотемпературный синтез (СВС) основан на использовании внунренних энергетических возможностей химической системы [12]. Технология «СВС-порошки» основана на спекании исходных смесей реагентов (шихт) в специальных реакторах емкостью от 1 до нескольких десятков литров в среде инертного или реагирующего газа, а также в вакууме или на воздухе. Технологическая схема получения порошков включает в себя следующие операции: подготовка шихты (рассев, измельчение, сушка компонентов, смешение); заполнение реактора шихтой и газами; синтез после кратковременного инициирования; последующая переработка продуктов синтеза – измельчение, кислотное обогащение, рассев, сушка.

«СВС-спекание» проводится в термовакуумных камерах, на открытом воздухе и в специальных СВС-газостатах. Исходная смесь для синтеза формуется в виде изделия заданной формы. Горение организуется таким образом, чтобы в ходе процесса форма и размеры заготовки не искажались. Продукт горения представляет собой готовое изделие с пористостью 5÷50 %.

СВС-газостатирование эффективно для синтеза нитридной керамики. Эта технология совмещает процесс синтеза с высокими (до 500 МПа) газовыми давлениями. Чаще всего в качестве газообразного реагента и среды газостатирования используется азот. СВС-газостатирование в одну стадию синтезирует простое целевое соединение или сложную композицию и формует геометрию и структуру материала или изделия.

Основными технико-экономическими преимуществами СВС-техно- логий являются низкие затраты электроэнергии (в большинстве случаев необходимой только для инициирования СВС-процессов) и простота технологического оборудования, его высокая производительность и способность сохранять экологическую чистоту.

Указанные технологии (диплом на открытие №287 «Явление волновой локализации автотормозящихся твердофазных реакций») широко используются в Институте структурной макрокинетики АН (ИСМАН), российскими и зарубежными фирмами. Впервые лабораторные образцы РЗМ-люминофоров получены в Томском филиале ИСМАН в 1990 году (финансировал работу ВНИИИС им А.Н.Лодыгина).

Управление люминесцентными свойствами материалов, получаемых в режиме горения, можно только используя знания механизмов взаимодействия реагентов в процессе СВС. В [13] изучены процессы структуро- и фазообразования оксисульфидных и алюминатных люминофоров, протекающих в процессе горения: 1) Ln′₂O₂S:Ln″, где Ln′ -Y, La; Ln″ - Eu, Tb; 2) (Ba, Eu)Mg₂Al_l5O_27.

Методы и компоненты синтеза оксисульфидных люминофоров: Использовались окислы и сульфиды РЗЭ, перхлорат натрия и легкоплавкие вещества, процесс горения осуществлялся в сосуде постоянного давления в атмосфере Ar при 1÷2 10⁶Па (10÷20 атмосфер), затем проводился отжиг в атмосфере Ar при 573÷1373К. Активатор вводился двумя методами: а) введение оксидов Eu и Tb в механическую смесь исходных компонентов; б) введение предварительно активированных исходных оксидов РЗЭ состава Ln_2-xTb_xO₃, Ln_2-xEu_xO₃, Y_2-xEu_xO₃, Y_2-xTb_xO₃, где х изменяется от 0,02 до 0,08, при этом активацию проводили методом совместно-осаждённых оксалатов.

Алюминатные соединения получали методом СВС в проточном реакторе при использовании в качестве горючего металлического Mg или Al, а в качестве окислителя - пероксида Ва (ВаО₂) и атмосферного О₂. В виде инертной добавки применяли оксиды Al и Mg, в качестве плавней брали фториды Li, Mg, Al. Активатор вводился в виде оксида Eu(III) - (Eu₂O₃). Конечные продукты по обеим группам люминофоров отмывали от растворимых примесей 10%-м раствором соляной и азотной кислот и дистиллированной Н₂О.

Для выполнения комплекса исследований по идентификации продуктов горения, изучения физико-химических, спектральных и люминесцентных свойств веществ, выявления динамики фазовых и структурных превращений использовалось оборудование: дифрактометр ДРОН-2 для РФА, растровый электронный микроскоп РЭМ-200 (100÷10000 раз), рентгеновский микроанализатор («Camebach Microbeam»), дериватограф Q-1500, грануло-развёртывающий фотоседиментограф (Analysette-20), спектрограф-спектрометр СДЛ-2.

Дата добавления: 2014-01-06