[发明专利]一种纳米负膨胀陶瓷Zr2(WO4)(PO4)2的烧结合成方法

说明书

技术领域

本发明属于无机非金属材料领域，特别涉及了一种纳米负膨胀陶瓷Zr₂(WO₄)(PO₄)₂的烧结合成方法。

背景技术

在工程材料中，必须使用不同材料才能满足多功能化要求，但是在温度变化时由于热膨胀系数差异产生的热应力常常会引起材料或器件的性能下降、临时性或永久性失效、脱落和断裂等一系列问题，如光纤布拉格光栅中心波长随温度漂移、热膨胀仪的系统误差、空间望远镜焦距随温度变化引起成像质量下降、印刷电路板上的铜箔由于受热脱离、激光器因热透镜效应出射光束的发散、航天器隔热层脱落等。为了减少不同材料的热应力，必须探索热膨胀系数能够匹配的材料。

在自然界中，多数材料具有热胀冷缩的特性，然而，也有一些材料在一定温度范围内显示热缩冷胀的性质，也就是负热膨胀，比如ZrW₂O₈、ZrV₂O₇、Y₂M₃O₁₂ (M--W、Mo)及Zr₂(WO₄)(PO₄)₂等等。负热膨胀材料可与正热膨胀材料复合制备可控热膨胀系数或零膨胀材料，最大限度地减少高温时材料的热应力，增加材料的抗热冲击强度。目前，负膨胀材料已逐渐引起大家的重视，然而，这类材料的研究还处于试验探索阶段，至今还没有得到大规模应用，还有很多问题急待解决，如原材料的选取，产品的相变、吸水等导致机械性能和负膨胀性能的变差，生产工艺复杂等。

对于Zr₂(WO₄)(PO₄)₂，在很大温度范围 (从室温到800℃) 内呈稳定的正交相，显示明显的负热膨胀特性，目前制备较多采用固相烧结法 [Gregory A.Merkel et al. United States, US6377729B2；Mehmet Cetinkol et al. Phys. Rev. B 79 (2009) 224118]。用ZrO₂、WO₃和NH₄H₂PO₄或(NH₄)₂HPO₄制备负热膨胀陶瓷Zr₂(WO₄)(PO₄)₂，但是在900℃预烧结过程中释放的NH₃会对环境带来污染，并且在高温1250℃的烧结时间较长 (8 h )，最终产品密度较低。由于高温烧结时间长，晶体生长颗粒较大，气孔较多，导致产品密度也较低，严重影响Zr₂(WO₄)(PO₄)₂的实际应用。

因此，研发一种无污染、制备更快速、低成本、适合规模化生产纳米级颗粒、密度大的负膨胀陶瓷Zr₂(WO₄)(PO₄)₂的制备方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、无污染、烧结速度快、并且适合规模化生产的纳米负膨胀陶瓷Zr₂(WO₄)(PO₄)₂的烧结合成方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：