及其固相燒結(jié)合成方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于無機(jī)非金屬材料【技術(shù)領(lǐng)域】，特別公開了一種新型負(fù)熱膨脹材料ZrScMo2VO12及其固相燒結(jié)合成方法。以摩爾比計，按二氧化鋯ZrO2：三氧化二鈧Sc2O3：三氧化鉬MoO3：五氧化二釩V2O5=2：1：4：1稱取原料，研磨混合均勻，將混合均勻的原料直接或壓片后燒結(jié)合成，自然冷卻得到目標(biāo)產(chǎn)物ZrScMo2VO12；其中，燒結(jié)條件：溫度為600-800℃，時間為30min-5h，壓強為常壓，氣氛為空氣。本發(fā)明新型負(fù)熱膨脹材料ZrScMo2VO12，在室溫(RT)-600℃范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的負(fù)熱膨脹性質(zhì)，且無相變，具有工程應(yīng)用價值；本發(fā)明可一次燒結(jié)完成，反應(yīng)過程簡單，在常壓空氣中燒結(jié)600-800℃，燒結(jié)時間為30min-5h，在高溫下反應(yīng)充分，制成的產(chǎn)品純度高，適合批量生產(chǎn)。
【專利說明】—種新型負(fù)熱膨脹材料ZrScMo2VO12及其固相燒結(jié)合成方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無機(jī)非金屬材料【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及了一種新型負(fù)熱膨脹材料ZrScMo2VO12及其固相燒結(jié)合成方法。

【背景技術(shù)】
[0002]自然界中大多數(shù)材料都具有熱脹冷縮的性質(zhì)，在溫度劇烈變化或變化較大的場合，由于不同材料熱膨脹系數(shù)差異產(chǎn)生的熱應(yīng)力常常會引起材料或器件的性能指標(biāo)變差，負(fù)熱膨脹材料的出現(xiàn)，為解決這一問題提供了機(jī)遇和可能性，與傳統(tǒng)材料的“熱脹冷縮”不同，負(fù)熱膨脹材料在一定溫度范圍內(nèi)的平均線膨脹系數(shù)或體膨脹系數(shù)為負(fù)值，這類材料具有巨大的潛在應(yīng)用前景，例如可以利用此類負(fù)熱膨脹材料復(fù)合制備各種各樣超低膨脹系數(shù)、甚至零膨脹系數(shù)、且具有特定功能的復(fù)合材料，在微電子器件材料、精密光學(xué)鏡面、醫(yī)用器材、傳感器、航空航天、發(fā)動機(jī)部件和精密機(jī)械等領(lǐng)域都具有十分重要的應(yīng)用價值。
[0003]目前，普遍研究的氧化物負(fù)熱膨脹材料主要包括以ZrW2O8為代表的O8系列、以ZrV2O7為代表的O7系列、通式為A2M3O12的O12系列(A為三價陽離子,可以為過渡族金屬或稀土元素，A也可以由一個四價陽離子和一個二價陽離子替代舊為W或Mo)等，這些材料都因其特殊性能而得到廣泛關(guān)注。但目前為止，所發(fā)現(xiàn)的負(fù)熱膨脹材料種類十分有限，而且這類材料的研究尚不完善，至今還沒有得到大規(guī)模應(yīng)用，還有很多問題尚待解決，如原材料的選取、相變、吸水性問題，機(jī)械性能的提高，生產(chǎn)工藝復(fù)雜、A2M3O12系列須由單斜相轉(zhuǎn)變?yōu)檎幌嗪蟛疟憩F(xiàn)出負(fù)熱膨脹性能等。
[0004]因此，研發(fā)負(fù)熱膨脹性能穩(wěn)定、無相變、制備工藝簡單、適合規(guī)模化生產(chǎn)的新型負(fù)膨脹材料是非常必要并且具有顯著意義的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處及材料的局限性，本發(fā)明的目的在于提供一種新型負(fù)熱膨脹材料ZrScM02VO12及其固相燒結(jié)合成方法。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下:
一種新型負(fù)熱膨脹材料，分子式為:ZrScMo2V012。
[0007]新型負(fù)熱膨脹材料的固相燒結(jié)合成方法:以摩爾比計，按二氧化鋯ZrO2:三氧化二鈧Sc2O3:三氧化鑰MoO3:五氧化二釩V205=2:1:4:1稱取原料，研磨混合均勻，將混合均勻的原料直接或壓片后燒結(jié)合成，自然冷卻得到目標(biāo)產(chǎn)物ZrScM02VO12 ;其中，燒結(jié)條件:溫度為600-800°C，時間為30 min-5 h，壓強為常壓，氣氛為空氣。
[0008]本發(fā)明的有益效果在于:
1.本發(fā)明采用四價Zr4+和三價Sc3+取代A2M3O12中的A離子，同時用V5+取代一個Mo6+以保持價態(tài)平衡，制備出一種新型的負(fù)熱膨脹材料，分子式為ZrScM02VO12，其在室溫(RT) _600°C范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的負(fù)熱膨脹性質(zhì)，且無相變，具有工程應(yīng)用價值。
[0009]2.本發(fā)明可一次燒結(jié)完成，反應(yīng)過程簡單，在常壓空氣中燒結(jié)600-800°C，燒結(jié)時間為30 min-5 h，在高溫下反應(yīng)充分，制成的產(chǎn)品純度高，適合批量生產(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為實施例1合成的ZrScMo2VO12的XRD圖譜(800。。燒結(jié)30 min)；
圖2為實施例2合成的ZrScMo2VO12的XRD圖譜(800。。燒結(jié)I h)；
圖3為實施例3合成的ZrScMo2VO12的XRD圖譜(800。。燒結(jié)3 h)；
圖4為實施例4合成的ZrScMo2VO12的XRD圖譜(800。。燒結(jié)5 h)；
圖5為實施例5合成的ZrScMo2VO12的XRD圖譜(600。。燒結(jié)5 h)；
圖6為實施例4合成的ZrScM02VO12的XRD圖譜(變溫XRD)；
圖?為實施例4和實施例5合成的ZrScM02VO12的相對長度與測試溫度的變化關(guān)系。

【具體實施方式】
[0011]以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)介紹，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此。
[0012]實施例1:
將分析純試劑2102、5(320^003、￥205按摩爾比2:1:4:1稱重取料，在瑪瑙研缽內(nèi)混合均勻，加入無水乙醇后研磨2 h。在300 MPa的單軸方向壓強下壓制成直徑10 mm、高約6 mm的圓柱體。設(shè)置低溫管式爐800°C，將裝有樣品的剛玉坩堝在燒結(jié)溫度下放入管式爐，常壓空氣中燒結(jié)30 min，在空氣中自然冷卻。產(chǎn)品對應(yīng)的XRD圖譜物相分析見圖1。圖1的XRD結(jié)果顯示形成了純相的ZrScMo2VO12,經(jīng)過結(jié)構(gòu)精修,確定所制備材料是空間群為Pbcn (60)的正交相結(jié)構(gòu)。
[0013]實施例2:
與實施例1不同之處在于:燒結(jié)時間為I h。產(chǎn)品對應(yīng)的XRD圖譜物相分析見圖2，圖2的XRD結(jié)果顯示形成了純相的ZrScM02VO12,經(jīng)過結(jié)構(gòu)精修，確定所制備材料是空間群為Pbcn (60)的正交相結(jié)構(gòu)。
[0014]實施例3:
與實施例1不同之處在于:燒結(jié)時間為3 h。產(chǎn)品對應(yīng)的XRD圖譜物相分析見圖3，圖3的XRD結(jié)果顯示形成了純相的ZrScM02VO12,經(jīng)過結(jié)構(gòu)精修，確定所制備材料是空間群為Pbcn (60)的正交相結(jié)構(gòu)。
[0015]實施例4:
與實施例1不同之處在于:燒結(jié)時間為5 h。產(chǎn)品對應(yīng)的XRD圖譜物相分析見圖4，圖4的XRD結(jié)果顯示形成了純相的ZrScM02VO12,經(jīng)過結(jié)構(gòu)精修，確定所制備材料是空間群為Pbcn (60)的正交相結(jié)構(gòu)。
[0016]實施例5:
與實施例4不同之處在于:設(shè)置管式爐600°C。產(chǎn)品對應(yīng)的XRD圖譜物相分析見圖5，圖5的XRD結(jié)果顯示形成了純相的ZrScM02VO12，經(jīng)過結(jié)構(gòu)精修，確定所制備材料是空間群為Pbcn (60)的正交相結(jié)構(gòu)。
[0017]性能表征: 1、采用實施例4制得的樣品，從30°C開始測XRD，隨后加熱升溫，并且自100°C起每間隔100°C采樣一次，得到的變溫XRD圖譜見圖6，從圖中可以看出，隨著溫度的升高，衍射峰逐漸向大角度偏移，根據(jù)布拉格衍射規(guī)律可知所制備材料具有負(fù)熱膨脹特性。變溫XRD圖譜表明所制備的材料沒有相變，負(fù)熱膨脹性能穩(wěn)定。根據(jù)不同溫度下XRD圖譜計算出不同溫度下的晶格常數(shù)，進(jìn)而計算得到線膨脹系數(shù)為-2.19X 1-6 V '
[0018]2、對實施例4和實施例5制備的ZrScM02VO12的陶瓷塊體，用熱膨脹儀測試其相對長度隨測試溫度的變化曲線見圖7(800°C -5h對應(yīng)實施例4，600°C _5h對應(yīng)實施例5)。用熱膨脹儀測試得到實施例4和實施例5樣品的線膨脹系數(shù)分別為-2.41 X 10_6 V 1和-2.57Χ1(Γ6 V '
【權(quán)利要求】
1.一種新型負(fù)熱膨脹材料，其特征在于分子式為:ZrSCMo2V012。
2.如權(quán)利要求1所述的新型負(fù)熱膨脹材料的固相燒結(jié)合成方法，其特征在于:以摩爾比計，按ZrO2 =Sc2O3 =MoO3:V205=2:1:4:1稱取原料，研磨混合均勻，將混合均勻的原料直接或壓片后燒結(jié)合成，自然冷卻得到目標(biāo)產(chǎn)物ZrScM02VO12 ;其中，燒結(jié)條件:溫度為600-800°C，時間為30 min-5 h，壓強為常壓，氣氛為空氣。
【文檔編號】C04B35/495GK104291822SQ201410511065
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】梁二軍, 葛向紅, 程永光, 袁保合, 晁明舉 申請人:鄭州大學(xué)