Procedimiento para preparar polvo cerámico avanzado usando dicarboxilatos de onio.

Un procedimiento para producir un precursor de un polvo cerámico,

que comprende:

proporcionar una pluralidad de materiales precursores en solución, en el que cada uno de la pluralidad de mate-riales precursores en solución comprende además al menos una especie iónica constituyente de un polvo cerámi-co;

combinar la pluralidad de materiales precursores en solución con una solución de agente precipitante de dicar-boxilato de catión -onio para dar lugar a la co-precipitación del precursor del polvo cerámico en una solución combinada; y

separar el precursor del polvo cerámico de la solución combinada, en la que el dicarboxilato de catión -onio com-prende oxalato de tetrametilamonio y un segundo oxalato de catión -onio en el que el segundo catión -onio tiene la fórmula general (II):

en el que, en la fórmula general (II), A es un átomo de nitrógeno o de fósforo, R1, R2, R3, y R4, son cada uno de ellos, independientemente, un grupo alquilo que contiene de 4 a 20 átomos de carbono.

Procedimiento para preparar polvo cerámico avanzado usando dicarboxilatos de onio.

Campo técnico La presente se invención se refiere a la preparación de polvos cerámicos avanzados, usando compuestos de dicarboxilatos de cationes –onio, como un agente precipitante para precipitar precursores de polvos cerámicos a partir de soluciones de los metales, y la posterior conversión de los precursores de los polvos cerámicos en el material de óxido metálico deseado. El agente precipitante de dicarboxilato de catión –onio se puede usar en un procedimiento de co-precipitación para la precipitación de los polvos cerámicos deseados, con el fin de obtener materiales cerámicos avanzados.

Antecedentes

Los polvos cerámicos se producen para diversos usos, que incluyen componentes mecánicos especializados, revestimientos para componentes mecánicos, en dispositivos semiconductores (por ejemplo, como estructuras con alta constante dieléctrica K) , dispositivos superconductores, sensores del movimiento, pilas de combustible, envasado de dispositivos, componentes electrónicos pasivos tales como condensadores, y dispositivos más sofisticados de almacenamiento de energía, y como materiales de ingeniería avanzada para las industrias, que van desde automóviles a dispositivos biomédicos. Existen numerosas técnicas para la síntesis y fabricación de polvos cerámicos que incluyen síntesis en fase sólida, tales como difusión sólido-sólido; síntesis en fase líquida, tal como precipitación y coprecipitación, ; y síntesis que usa sustancias reaccionantes en fase gaseosa. Además, también se puede usar un numeroso grupo de técnicas de fabricación relacionadas, que incluyen: secado por aspersión, calcinación con pulverización, descomposición orgánica de metales, secado por congelación, síntesis sol-gel, solidificación de una masa fundida, y similares.

En los procedimientos de síntesis en fase líquida, se han precipitado los óxidos metálicos mediante el uso de ácido oxálico y alguna de sus sales simples. Sin embargo, el uso de muchos oxalatos va acompañado de diversas dificultades, tales como contaminantes no deseados en el polvo cerámico. Por ejemplo, cuando se usan oxalatos de metales alcalinos o alcalinotérreos, los polvos de óxidos metálicos resultantes pueden incluir niveles inaceptables de metales alcalinos o alcalinotérreos. Como otro ejemplo, si el oxalato añadido incluye iones tales como el amonio (NH4+) que actúa como un agente tampón o complejante en la solución, el control del pH de la solución puede ser difícil, dando como resultado la pérdida de control de las propiedades del producto.

En el documento JP 63307102, se combina ácido oxálico e hidróxido de tetrametilamonio para preparar un agente de co-precipitación basado en el ácido oxálico.

Timothy J. Boyle y colaboradores, describen el uso de una solución metanólica que contiene oxalato de tetrametilamonio como agente precipitante.

En el documento US 5.252.394, se compara el oxalato de guanidina con el oxalato de tetrapropilamonio como agente precipitante.

Ya que las dimensiones críticas de los dispositivos semiconductores van a continuar reduciéndose, el impacto de niveles incluso muy bajos de impurezas traza, e incluso pequeñas variaciones en la estructura atómica y molecular del material, llegan a ser cada vez más significativas. Por ejemplo, en materiales con alta permitividad o alta constante dieléctrica (Hi-K) , al voltaje disruptivo puede llegar a ser inaceptablemente bajo, dando como resultado el fallo de la función del material con alta constante dieléctrica si cualquiera de los dos, o una combinación de los niveles de impurezas metálicas traza o de defectos en la microestructura, llega a ser demasiado altos. Los defectos en la microestructura pueden ser consecuencia, por ejemplo, de una distribución del tamaño de partícula mal controlada, partículas demasiado grandes, y/o la presencia de impurezas. Las impurezas metálicas, con o sin defectos en su microestructura, pueden afectar negativamente a las propiedades dieléctricas y al voltaje disruptivo.

En los materiales superconductores, es bien conocido que las propiedades superconductoras de los materiales superconductores dependen de forma crítica de la combinación exacta de los metales en el polvo cerámico a partir de los cuales se hace el material superconductor. Por eso, el control del contenido, tanto de todos los metales componentes como de cualquier traza de metales impurezas, llega a ser crítico para el éxito o el fallo de la función del superconductor.

Por, al menos, estas razones, existe una fuerte y creciente necesidad de nuevos métodos y materiales para usar en la preparación de los polvos cerámicos deseados, con el fin de obtener los polvos cerámicos que tienen propiedades mejoradas tales como una o más distribuciones de tamaño de partícula deseadas, un tamaño de partícula reducido, impurezas metálicas reducidas y morfología de partícula mejorada, homogeneidad composicional mejorada, control mejorado de la estequiometria, mejorada capacidad de redispersión y estabilidad química potenciada.

Resumen La presente invención está dirigida a la fuerte y creciente necesidad de nuevos métodos y materiales para usar en la preparación de polvos cerámicos. La presente invención puede proporcionar los polvos cerámicos deseados que tengan propiedades mejoradas, tales como una o más de: distribución mejorada del tamaño de partícula, tamaño de partícula reducido, impurezas metálicas reducidas y morfología de partícula mejorada, homogeneidad composicional mejorada, control mejorado de la estequiometria, mejorada capacidad de redispersión y estabilidad química potenciada, si se compara con un polvo cerámico hecho mediante un procedimiento que no incluye el carboxilato de un catión –onio como agente precipitante.

La presente invención se refiere al uso de de sales de cationes –onio de diácidos orgánicos, es decir sales de cationes –onio de ácidos dicarboxílicos como agentes precipitantes para iones metálicos con el fin de producir precursores de polvos cerámicos para la producción de polvos cerámicos. El presente inventor ha descubierto que mediante el uso de dicarboxilatos de cationes –onio, según se define aquí, se pueden obtener polvos cerámicos que tienen superiores e inesperadamente mejoradas propiedades.

Por eso, la presente invención se refiere a un procedimiento para producir un precursor de un polvo cerámico que comprende:

proporcionar una pluralidad de materiales precursores en solución, en el que cada uno de la pluralidad de materiales precursores en solución comprende, además, al menos una especie iónica constituyente de un polvo cerámico,

combinar la pluralidad de materiales precursores en solución con una solución de agente precipitante de dicarboxilato de catión –onio para dar lugar a la co-precipitación del precursor del polvo cerámico en una solución combinada; y

separar el precursor del polvo cerámico de la solución combinada, en la que el dicarboxilato de catión –onio comprende oxalato de tetrametilamonio y un segundo oxalato de catión –onio en el que el segundo catión –onio tiene la fórmula general (II) :

en el que, en la fórmula general (II) , A es un átomo de nitrógeno o de fósforo, R1, R2, R3, y R4, son cada uno de ellos, independientemente, un grupo alquilo que contiene de 4 a 20 átomos de carbono.

En una realización, la solución de agente precipitante está sustancialmente exenta de ión amonio.

En otra realización, la presente invención se refiere a un procedimiento para producir un polvo cerámico que comprende:

calcinar el precursor del polvo cerámico así separado para formar un polvo cerámicos;

conformar el polvo cerámico en un cuerpo no sinterizado; y

sinterizar el cuerpo no sinterizado.

En una realización, los materiales precursores comprenden iones de uno de, o una combinación de dos o más de: Mg, Ca, Sr, Ba, Al, Si, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Th, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Si, La , Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Tl, Pb, Bi, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Tb, Th, Pa, U, Np y Pu.

En una realización, el procedimiento comprende, además, calcinar el precursor del polvo cerámico para producir el polvo cerámico. En una realización, la calcinación se lleva a cabo a una temperatura en el intervalo de aproximadamente 200ºC a aproximadamente 1500ºC, durante un tiempo en el intervalo de aproximadamente 1 minuto a aproximadamente 24 horas.

En una realización, el procedimiento comprende, además, sinterizar el... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para producir un precursor de un polvo cerámico, que comprende:

proporcionar una pluralidad de materiales precursores en solución, en el que cada uno de la pluralidad de materiales precursores en solución comprende además al menos una especie iónica constituyente de un polvo cerámi5 co;

combinar la pluralidad de materiales precursores en solución con una solución de agente precipitante de dicarboxilato de catión –onio para dar lugar a la co-precipitación del precursor del polvo cerámico en una solución combinada; y

separar el precursor del polvo cerámico de la solución combinada, en la que el dicarboxilato de catión –onio com10 prende oxalato de tetrametilamonio y un segundo oxalato de catión –onio en el que el segundo catión –onio tiene la fórmula general (II) :

en el que, en la fórmula general (II) , A es un átomo de nitrógeno o de fósforo, R1, R2, R3, y R4, son cada uno de ellos, independientemente, un grupo alquilo que contiene de 4 a 20 átomos de carbono.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la solución de agente precipitante está sustancialmente exenta de ión amonio.

3. El procedimiento de cualquier reivindicación precedente, en el que los materiales precursores comprenden iones de uno, o una combinación de dos o más, de: Mg, Ca, Sr, Ba, Al, Si, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Th, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Si, La , Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Tl, Pb, Bi, Ce, Pr, Nd, Pm,

Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Tb, Th, Pa, U, Np y Pu.

4, El procedimiento de cualquier reivindicación precedente que comprende, además, calcinar el precursor del polvo cerámico para formar un polvo cerámico, en el que la calcinación, opcionalmente, se lleva a cabo a una temperatura en el intervalo de aproximadamente 200ºC a aproximadamente 1500ºC, durante un tiempo en el intervalo de aproximadamente 1 minuto a aproximadamente 24 horas.

5. El procedimiento de la reivindicación 4, que comprende, además, sinterizar el polvo cerámico a continuación de la calcinación, en el que la sinterización se lleva opcionalmente a cabo a una temperatura en el intervalo de aproximadamente 1000ºC a aproximadamente 3000ºC, durante un tiempo en el intervalo de aproximadamente 1 minuto a aproximadamente 24 horas.

6. El procedimiento de cualquier reivindicación precedente que comprende además:

calcinar el precursor del polvo cerámico separado para formar un polvo cerámico;

conformar el polvo cerámico en un cuerpo no sinterizado; y

sinterizar el cuerpo no sinterizado.

7. El procedimiento de la reivindicación 6, en el que la calcinación se lleva a cabo a una temperatura en el intervalo de aproximadamente 200ºC a aproximadamente 1500ºC, durante un tiempo en el intervalo de aproxima

damente 1 minuto a aproximadamente 24 horas, y la sinterización se lleva a cabo a una temperatura en el intervalo de aproximadamente 1000ºC a aproximadamente 3000ºC, durante un tiempo en el intervalo de aproximadamente 1 minuto a aproximadamente 24 horas.