[发明专利]一种制备高纯度二氧化铬的方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁性材料技术领域，特别是涉及一种高纯度磁性化合物的合成技术。

背景技术

二氧化铬具有铁磁性和所有物质中最高的自旋极化率，在磁电子学及器件中应用广泛。然而，CrO₂由于在常压下是亚稳态，并且铬的氧化物价态众多，包括Cr₂O₃在内的氧化铬在常温常压下更稳定，所以在常压下合成CrO₂非常困难，合成高纯度CrO₂更加困难。

高氧压对保持CrO₂稳定非常有效。杜邦公司最早利用水热法商业制备CrO₂，过程是在封闭空间中加热CrO₃和水的混合物，随着CrO₃分解的氧气增多，封闭空间的氧气压力增加，最终获得纯度较高的CrO₂。合成过程的最佳温度是300摄氏度，最佳气体压力是2000个大气压。也有人尝试在没有水的情况下热分解CrO₃制备CrO₂。但这两种方法的起始气压都是常压，高氧压的获得是通过CrO₃在封闭空间分解出的氧气无法释放获得的，所以氧气压力是缓慢增加的。通常在系统产生足够的氧气压力之前，CrO₃就已经部分分解成Cr₃O₈, Cr₂O₅, CrO₂, 和Cr₂O₃等化合物，低价态的氧化铬通常很难通过高压氧气氧化获得高价态的氧化物，导致这种方法或多或少会有一些不同价态的氧化铬杂质存在。该法中反应温度、分解所能产生的气体压力、反应时间、反应腔体的空间大小和反应物的填充量都会对CrO₂产物的纯度和化学计量产生影响，对反应过程参数控制要求很高。

有报道利用两步法在常压下制备CrO₂，首先在250℃ 加热CrO₃，然后在392 ℃附近加热第一步的中间产物。据报道两步法可以通过控制加热过程精确控制Cr₂O₅和Cr₂O₃的含量。然而，在此过程中CrO₂和Cr₂O₅ 都处于热力学不稳定状态，所以任何制备条件的微小波动都有可能导致其他价态氧化物的形成。

目前商业可以买得到的CrO₂多是制备过程中加了催化剂(如Sb₂O₃/RuO₂)的用于磁记录的产品。催化剂的使用可以大大降低生产过程需要的温度和压力，并且增加样品的矫顽力以用于磁记录。催化剂残留于样品之中，所以经过催化剂改性的CrO₂磁化强度会降低，矫顽力会增加，形貌会变成针状，尺度会很小，纯度会降低。

发明内容

为了克服上述现有技术在产物纯度上的不足，本发明提供了一种制备超高纯度CrO₂的方法。该工艺不仅简化了反应的控制参数，而且从热分解的初始阶段就施加氧气压力，从而大大提高了最终产物CrO₂的纯度，也从理论和技术的角度避免了可能形成除CrO₂以外的其它价态氧化铬。

本发明所采用的技术方案是：

一种制备高纯度CrO₂的方法，在 CrO₃加热热分解过程之前，首先将高气压氧气输入反应器；通过在高达1-60 MPa的高氧气压力下分解CrO₃来制备高纯度CrO₂颗粒或块体。

进一步的，在上述反应中CrO₂自始至终都处于热力学稳定状态，从而获得高纯度CrO₂。

与现有技术相比，本发明避免了CrO₃在初始氧气低压力阶段形成不需要的低价氧化物，同时避免使用可以残留在产品中的催化剂，从而使CrO₂的纯度明显提高。

附图说明

图1是CrO₂微粒的扫描电子显微镜（SEM） 形态图；

图2是CrO₂产物在5K和300K的磁滞回线图；