[发明专利]一种高熵低热膨胀陶瓷材料及其烧结合成方法

说明书

本发明公开了一种高熵低热膨胀陶瓷材料及其烧结合成方法，属于无机非金属材料领域，以Fe₂O₃、Co₂O₃、Ni₂O₃、Al₂O₃、Cr₂O₃和MoO₃、WO₃粉末为原料，按目标产物(FeCoNiAlCr)_0.4Mo_1.5W_1.5O₁₂中化学计量摩尔比Fe:Co:Ni:Al:Cr:Mo:W=0.4:0.4:0.4:0.4:0.4:1.5:1.5称取原料，研磨混合均匀后，直接或压片后800~900℃烧结合成2~5 h得到目标产物。本发明采用固相法制备出高熵低热膨胀陶瓷材料(FeCoNiAlCr)_0.4Mo_1.5W_1.5O₁₂，工艺简单，成本较低，适合于工业化生产。

技术领域

本发明属于无机非金属材料领域，特别涉及了一种高熵低热膨胀陶瓷材料(FeCoNiAlCr)_0.4Mo_1.5W_1.5O₁₂及其烧结合成方法。

背景技术

1996年美国俄勒冈州立大学Sleight小组研究发现ZrW₂O₈从273.3 ℃到接近分解温度1323 ℃整个温度范围内都表现出负热膨胀行为，从那时起，负热膨胀材料受到广泛关注。A₂M₃O₁₂系列氧化物负热膨胀材料具有负热膨胀系数大、结构稳定的特点。然而，当A离子比较大时（Y、Yb、Er等），A₂M₃O₁₂室温下具有严重吸水性，只有随着温度升高完全释放结晶水后才表现出负热膨胀；当A离子半径较小时（Fe、Al、Cr等），A₂M₃O₁₂室温下结晶为单斜相并表现正热膨胀，只有温度远高于室温后转变为正交相后才表现负热膨胀。通常采用离子替代的方法来解决这些问题，比如用较大的离子替代较小的离子来降低相变点，但是替代量大的时候，又出现吸水性；或用较小的离子替代较大的离子减小吸水性，但是替代量大的时候，反而出现相变。这样采用简单离子替代A离子的方法在降低相变点和吸水性方面有一定的效果，会出现负面效应，同时也带来负热膨胀性能减弱，甚至消失。最近我们在A和M双位替代的研究中发现，提高A₂M₃O₁₂元素组元数目，不同组元数目达到4以后 (类高熵)，比如ZrScMo₂VO₁₂解决了相变点高和吸水性问题，同时不仅具有优异的负热膨胀性能，并新增了涵盖可见光区的光致发光性能。不过Sc元素的昂贵，也影响了推广使用。这些结果表明，随着组分元素数目的增加，熵也逐渐增加，材料表现出更加优异的性能。如果更进一步将亚晶格A/M位不同主元组元数提高到5个或以上，熵将跨越到高熵，电子会呈现局域化；基于高熵效应，预期形成高熵陶瓷后将表现出更加优异的性能，并促成A₂M₃O₁₂系列负热膨胀材料在应用上的棘手的相变点高和吸水性严重的问题得到解决。

因此，研发一种高熵低热膨胀(FeCoNiAlCr)_0.4Mo_1.5W_1.5O₁₂适合于工业生产的简易固相制备方法对推广应用性能优异的低热膨胀材料具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于研发一种成本较低的高熵低热膨胀陶瓷材料(FeCoNiAlCr)_0.4Mo_1.5W_1.5O₁₂及其烧结合成方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下: