К настоящему времени разработано много методов синтеза алюмоиттриевого граната. Из них можно выделить наиболее перспективные: механохимический, сонохимический, золь гель синтез, осаждение из водных растворов, метод Пичини, CDC метод, метод осаждения из водных растворов.

Механохимический синтез.

Суть механохимического метода заключается в измельчении исходных порошков под действием истирающих сил или ударов, возникающих в мельницах. Механическое истирание и измельчение позволяет достичь наноразмеров для кристаллов алюмоиттриевого граната. прямое механическое измельчение твердого тела,

Как правило, не позволяет получить наночастицы, так как механическая активация приводит к ускорению процессов массопереноса за счет образования метастабильных дефектов. Кроме того, часть запасенной упругой энергии переходит в тепло и температура в зоне удара может заметно повышаться. Все это благоприятствует протеканию процессов рекристаллизации вещества и залечивания дефектов, препятствующих дальнейшему измельчению.

В этом аспекте, более перспективными для получения наночастиц являются процессы механической активации гетерогенных смесей. На первой стадии активации вещество, обладающее большей твердостью (и поверхностной энергией), действует в качестве измельчителя, что интенсифицирует процесс измельчения более мягкого компонента. На более глубоких стадиях может произойти более глубокое диспергирование, причиной которого может стать межфазное поверхностное взаимодействие между компонентами: мягкий компонент будет играть роль поверхностно-активного вещества и способствовать измельчению более жесткого компонента за счет эффекта Ребиндера.

Поэтому наиболее эффективным методом получения нанокомпозитов являются механохимические реакции в гетерогенных смесях [5].

Сонохимический метод.

Синтез нанопорошков под действием микроволнового излучения - новый (первые сведения о нем появились 10 лет назад) и очень быстро развивающийся перспективный метод. Как и во всех растворных методах, здесь проводят реакцию осаждения продукта реакции из раствора исходных веществ, но на этот процесс воздействуют микроволновым излучением микроволнового источника, используемого в бытовой микроволновой печи. Энергия микроволн переходит к исходному материалу, что приводит к его быстрому нагреванию, в результате чего инициируется химическое взаимодействие. Механизм воздействия микроволн на наносинтез пока практически не ясен.

При ультразвуковом воздействии на суспензии алюмоиттриевого граната в органических растворителях возможно получение тонкодисперсных порошков с удельной площадью поверхности до 10 м²/г. При ультразвуковом воздействии на суспензии неорганических оксидных в органических растворителях площадь поверхности получаемых порошков значительно увеличивается, вследствие дробления частиц материала при их взаимных столкновениях.

В раствор для сонохимического синтеза добавляют стабилизатор наночастиц - подходящий анионный ПАВ. При добавлении ПАВ сонохимически могут быть получены наночастицы алюмоиттриевого граната [6].

Осаждение из водных растворов.

Химическое осаждение из водных растворов - один из самых популярных методов получения наночастиц и нанокристаллических осадков благодаря его простоте и доступности исходных реагентов.

Методы химического осаждения заключаются в совместном осаждении (соосаждении) компонентов продукта из раствора в виде нерастворимых солей или гидроксидов. Наиболее распространены три типа химического осаждения - гидроксидный, оксалатный и карбонатный методы. Для осаждения гидроксидов в качестве исходных реагентов используются нитраты или ацетаты, а в качестве осадителя - растворы аммиака или щелочи. Проблема заключается в том, что прямое получение, например, оксидов, невозможно, так как, например, в осадок при реакции соли со щелочью обычно выпадают гидроксиды или основные соли в аморфном или кристаллическом состоянии. Поэтому осадок обычно рассматривается как промежуточный продукт при получении нанокристаллического алюмоиттриевого граната [7].

Золь-гель синтез.

Метод получения нанокристаллических порошков, включающий получение золя и последовательный перевод его в гель. Основное отличие состоит в контроле скорости образования золя и геля и, благодаря этому, в контроле микроструктуры материала. Процесс включает в себя следующие стадии: приготовление растворов алкоксидов, их каталитическое взаимодействие с последующим гидролизом, конденсационная полимеризация, дальнейший гидролиз. В качестве продукта процесса получают оксидный полимер (гель). Его подвергают старению, промывке, сушке и термообработке. Общая схема применения золь-гель метода для получения различных материалов приведена на рис. 3.

Рис. 3. Применение золь-гель метода для синтеза наноматериалов.

Достоинством метода является возможность получения кристаллических фаз сложного состава при сравнительно низких температурах, обеспечивающих наноразмеры кристаллов. Основной проблемой этого метода с точки зрения получения лазерной керамики является то, что в результате процесса получаются сильно агломерированные порошки. Получение из них беспористой керамики остается проблематичным. Большое значение при применении золь-гель метода синтеза порошков имеет значение правильный выбор прекурсоров. При использовании этого метода фаза YAG была единственной, начиная с температуры прокаливания 700⁰С. Беспористая керамика была получена в течение 1 часа при 1500⁰С при спекании предварительно диспергированного ультразвуком порошка [8].

К золь-гель методу относятся также гидролиз алкоксидов, образование гелеобразных осадков при гидролизе солей, полимерные гели, гелеобразные водные прекурсоры для производства керамики в промышленности (рис. 4).

Рис. 4. Варианты золь - гель метода.

Метод Печини.

В этом методе за счет реакции этерификации между лимонной кислотой и этиленгликолем образуется полимер (гель), в котором атомы алюминия и иттрия распределены максимально однородно. Распределение остается равномерным и в процессе удаления органических составляющих полимера, благодаря чему достигается наиболее полное перемешивание компонентов при спекании. Преимущество метода состоит также в низкой температуре, при которой образуются нанокристаллы, имеющие достаточно совершенную кристаллическую решетку.

Растворением рассчитанных количеств оксидов иттрия и неодима в концентрированной азотной кислоте получают растворы их нитратов. Для этого кислота добавляют по каплям к навеске оксидов до момента их полного растворения. К полученному раствору добавляют рассчитанное количество нитрата алюминия. Далее к раствору смеси нитратов при нагревании добавляют насыщенный раствор лимонной кислоты. В результате образовывается комплексное соединение металла, которое при добавлении этиленгликоля путем реакции этерификации образовывается полимер - густой прозрачный гель. Затем его прокаливают [9].

1.4 Рентгенофазовый анализ