[发明专利]一种负热膨胀陶瓷材料Al2‑xScxMo3O12及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机功能陶瓷材料领域，具体涉及一种负热膨胀陶瓷材料Al_2-xSc_xMo₃O₁₂及其制备方法。

背景技术

自然界大多数材料随着温度的变化发生“热胀冷缩”，但也有少数材料会发生“热缩冷胀”现象，这类材料称之为负热膨胀材料。负热膨胀材料在航空航天、微电子、光学和微机械等领域有着巨大的潜在应用前景。随着科技的发展，高精密器件对自身的精确尺寸要求越来越高，这对器件的功能也至关重要。而热膨胀系数不匹配产生的热应力常是器件疲劳、性能下降、失效甚至断裂和脱落的主要原因。器件尺寸往往会因工作环境温度的变化而发生变化，导致器件的性能不稳定甚至失效。负热膨胀材料的发现为解决这类问题提供了可能。

负热膨胀材料主要有以下三个系列：AM₂O₇系列（A=Zr, Hf; M=V, P）；AM₂O₈系列（A=Zr, Hf; M=W, Mo）；A₂M₃O₁₂系列（A=Sc, Yb, In, Y,等; M=W, Mo）。虽然经过多年的研究与探索，发现了一些新的负热膨胀材料，但其负热膨胀性能都存在一定的不足。比如AM₂O₈系列负热膨胀材料在其负热膨胀相应温度范围内存在相变，会导致其热膨胀性能的突变；AM₂O₇系列的负热膨胀材料的负热膨胀在102℃以上才表现为负热膨胀。A₂M₃O₁₂（A=Sc, Yb, In, Y,等; M=W, Mo）系列负热膨胀材料众多，并以其优异的性能近些年来得到快速发展。研究表明：该系列材料的热膨胀性能主要取决于A位阳离子，不同A位阳离子会使得A₂M₃O₁₂系列材料呈现不同的热膨胀特性。当A为Y³⁺，Ho³⁺，Tm³⁺，Er³⁺，Yb³⁺，Lu³⁺元素时，该部分负热膨胀材料在空气中易吸湿，室温下热膨胀系数表现为正，随着温度升高，失去结晶水后，才表现为优异的负热膨胀特性，当温度降低到室温后又会吸湿，失去负热膨胀特性。这种易吸湿缺陷引起的热膨胀特性改变难以克服，阻碍其走向实际应用。然而当A为In³⁺， Fe³⁺，Cr³⁺，Al³⁺元素时，该部分负热膨胀材料则不吸湿潮解。这五种元素的钨酸盐和钼酸盐均包含单斜相和斜方相两种晶体结构，其中单斜相呈现正热膨胀，斜方相呈现负热膨胀。随着温度的变化，该系列材料均会发生单斜相向斜方相的转变。其中Al₂Mo₃O₁₂从单斜相（正膨胀）到斜方相（负膨胀）的相转变温度为200℃。这种在室温以上由于相转变温度的改变，带来的热膨胀性能由正到负的改变，对其应用有着不利的影响，通过离子掺杂，将Al₂Mo₃O₁₂的相变点移至室温以下，制备得到一种新型负热膨胀材料，有着重要的研究意义和实用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在室温以上具有稳定负热膨胀性能、合成成本低、制备工艺简单的新型负热膨胀材料Al_2-xSc_xMo₃O₁₂及其制备方法，

实现上述目的的技术解决方案是：

一种负热膨胀陶瓷材料Al_2-xSc_xMo₃O₁₂，该材料以Sc₂O₃、Al₂O₃和MoO₃为原料，采用分步固相法合成制备，其中 0.35≤x≤0.45。

上述一种负热膨胀材料Al_2-xSc_xMo₃O₁₂的制备方法，包括如下步骤：