Оксид лютеция ЛюО-Ж: характеристики, применение и технические параметры
Оксид лютеция марки ЛюО-Ж представляет собой индивидуальное редкоземельное соединение с формулой LuO, выпускаемое по ГОСТ 23862.2-79 и ТУ завода-изготовителя. Индекс «Ж» в обозначении указывает на технологическую разновидность, получаемую осаждением из растворов с последующим прокаливанием при контролируемой температуре. Материал относится к классу тугоплавких оксидов с кубической кристаллической решёткой типа C-редкоземельных оксидов (биксбиитовая структура, пространственная группа Ia-3).
Чистота по основному веществу для марки ЛюО-Ж составляет не менее 99,9 % (3N), содержание примесей других РЗЭ нормируется на уровне 10–10 масс. %. Остаточное содержание влаги после прокаливания не превышает 0,5 %. Насыпная плотность порошка — 0,8–1,5 г/см в зависимости от фракции. Температура плавления оксида лютеция — 2490 C, что является наивысшей среди всех редкоземельных оксидов, а температура кипения превышает 4300 C.
Технические характеристики ЛюО-Ж
| Параметр | Единица | Значение | Метод контроля | Норматив |
|---|---|---|---|---|
| Массовая доля LuO | % | 99,9 | АЭС-ИСП | ГОСТ 23862.2 |
| Сумма примесей РЗЭ | мкг/г | 100 | масс-спектрометрия | ТУ изготовителя |
| Потери при прокаливании | % | 0,5 | гравиметрия, 1000 C | ГОСТ 23862.1 |
| Дисперсность (d) | мкм | 1,5–5,0 | лазерная дифракция | ТУ изготовителя |
| Удельная поверхность | м/г | 8–20 | БЭТ (N) | ТУ изготовителя |
| Температура плавления | C | 2490 | ДТА | справочные данные |
Фазовый состав и физико-химические свойства
Порошок ЛюО-Ж после прокаливания при 800–1000 C находится преимущественно в кубической модификации. Плотность монокристаллического LuO — 9,42 г/см. Показатель преломления — 1,94–1,96 в видимой области. Ширина запрещённой зоны — 5,5–5,8 эВ. Оптическая прозрачность керамики на основе LuO достигает 80 % в диапазоне 400–1200 нм при условии полного спекания до теоретической плотности.
Химическая стойкость оксида лютеция ЛюО-Ж: нерастворим в воде, устойчив к воздействию разбавленных минеральных кислот при комнатной температуре, растворяется в концентрированных HCl и HNO при нагревании. Гигроскопичность минимальна — при хранении в условиях относительной влажности до 60 % влагопоглощение не превышает 0,1 % за 30 суток.
Области применения
- Производство сцинтилляционных монокристаллов LuSiO:Ce (LSO) и LuO:Eu для позитронно-эмиссионных томографов и детекторов гамма-излучения в ядерной медицине.
- Изготовление оптической керамики LuO для лазерных усилителей с диодной накачкой, работающих в ближнем ИК-диапазоне (1030–1080 нм).
- Синтез люминофоров для рентгеновских экранов и люминесцентных детекторов в системах неразрушающего контроля сварных соединений.
- Легирование тугоплавких металлов и сплавов на основе вольфрама для повышения жаропрочности в условиях эксплуатации при 1600–2000 C.
- Производство высокоплотных керамических мишеней для магнетронного напыления функциональных покрытий в микроэлектронике.
- Изготовление диэлектрических слоёв в МОП-структурах с высокой диэлектрической проницаемостью (high-k) для субмикронных транзисторов.
Условия хранения и транспортировки
Оксид лютеция ЛюО-Ж поставляется в герметичных полиэтиленовых контейнерах, вложенных в металлические барабаны или картонные короба. Хранение осуществляется в закрытых сухих помещениях при температуре от –20 C до +40 C и относительной влажности не выше 70 %. Гарантийный срок хранения — 24 месяца с даты изготовления при соблюдении условий герметичности упаковки. При вскрытии тары рекомендуется отбор проб в инертной атмосфере (аргон, азот) для предотвращения сорбции влаги и диоксида углерода.
Вопросы и ответы
Чем марка ЛюО-Ж отличается от ЛюО-И?
Индекс «Ж» соответствует осаждённой технологии получения с последующим прокаливанием, что обеспечивает более высокую удельную поверхность (8–20 м/г) и меньший размер частиц (d 1,5–5,0 мкм). Марка «И» получается ионообменным методом и имеет более крупную фракцию.
Какая температура спекания необходима для получения прозрачной керамики из LuO?
Для достижения светопропускания не менее 75 % в видимом диапазоне требуется горячее изостатическое прессование при 1600–1750 C и давлении 150–200 МПа либо вакуумное спекание с последующим ГИП. Введение спекающих добавок (ZrO, HfO) в количестве 0,1–0,5 масс. % снижает температуру на 100–150 C.
Каково содержание радиоактивных примесей в оксиде лютеция ЛюО-Ж?
Природный лютеций содержит радиоактивный изотоп Lu-176 с периодом полураспада 3,78 10 лет и удельной активностью около 51 Бк/г. Для сцинтилляционных применений выпускаются марки с обеднённым Lu-176, что снижает фоновую активность на 2–3 порядка.
Совместим ли ЛюО-Ж с вакуумными технологиями напыления?
Да, оксид лютеция ЛюО-Ж используется для изготовления мишеней магнетронного и электронно-лучевого испарения. Перед загрузкой в камеру мишень обезгаживают при 400–600 C в вакууме не хуже 10 Па. Остаточное давление в процессе напыления — 10–10 Па в зависимости от метода.
