[发明专利]一种可控热膨胀ZrO2/ZrW2O8复合材料的烧结合成方法

说明书

技术领域

本发明属于无机非金属材料领域，特别涉及了一种可控热膨胀ZrO₂/ZrW₂O₈复合材料的烧结合成方法。

背景技术

绝大多数材料都具有热胀冷缩的性质。材料由于热胀冷缩而产生的应力常导致器件疲劳、性能下降、失效甚至断裂和脱落。负膨胀材料，是指在一定的温度范围内的平均线膨胀系数或体膨胀系数为负值（NTE）的一类材料，具有“热缩冷胀”的特性。1996年，美国学者Mary TA等在《science》上发表“Negative thermal expansion from 0.3 to 1050 Kelvin in ZrW₂O₈”报道ZrW₂O₈具有各向同性大的负热膨胀系数，ZrW₂O₈以其优越的热膨胀性能引起科学家的广泛关注和深入研究。ZrW₂O₈与其他材料复合可以设计和制造具有零膨胀和可控膨胀系数的材料和器件，这样可以有效地减少由于热循环应力而在材料内形成的微裂纹，延长材料的使用寿命，从而在光学、电子、医学、机械、航空等诸多领域拥有潜在的重要用途。例如，光学通讯或光学滤波片的光纤布拉格光栅存在着严重的温度对过滤光波长的影响，温度导致了光栅的折射率变化致使反射波长改变。若能研发出性能优异的可控膨胀系数的ZrO₂/ZrW₂O₈复合材料，将完美解决这一问题。ZrO₂化学稳定性好，是一种重要的结构和功能材料，在耐火材料、陶瓷、机械、电子、光学、航空航天等等各个领域获得了广泛的应用。ZrO₂基复合材料具有高强高韧(是目前陶瓷材料中韧性最高的一类)、耐磨耐蚀、耐高温并且在高温下可导电等优良特性，具有良好的应用前景。目前，ZrO₂/ZrW₂O₈复合材料常用的合成方法主要有高温固相反应法[US6258743B1；US6403511B2]和喷雾干燥烧结法[P. Lommens et al. Journal of the European Ceramic Society 25 (2005) 3605–3610]。虽然这些方法可以制备出ZrO₂/ZrW₂O₈复合材料，但是存在制备过程较长，步骤多，耗时长，耗能高，制备出的样品易污染等不足。特别是若先制备ZrW₂O₈粉末，然后和不同质量分数的ZrO₂混合后制备ZrO₂/ZrW₂O₈复合材料，制备时要反复长时间烧结，一般需要几十小时才能制备出ZrO₂/ZrW₂O₈复合材料。

因此，研发一种污染少、制备快速、成本低、适合规模化生产的ZrO₂/ZrW₂O₈复合材料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、污染少、烧结速度快、并且适合规模化生产的可控热膨胀ZrO₂/ZrW₂O₈复合材料的烧结合成方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：