[发明专利]一种新型负热膨胀材料ZrScMo2VO12及其固相烧结合成方法

说明书

技术领域

本发明属于无机非金属材料技术领域，特别涉及了一种新型负热膨胀材料ZrScMo₂VO₁₂及其固相烧结合成方法。

背景技术

自然界中大多数材料都具有热胀冷缩的性质，在温度剧烈变化或变化较大的场合，由于不同材料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指标变差，负热膨胀材料的出现，为解决这一问题提供了机遇和可能性，与传统材料的“热胀冷缩”不同，负热膨胀材料在一定温度范围内的平均线膨胀系数或体膨胀系数为负值，这类材料具有巨大的潜在应用前景，例如可以利用此类负热膨胀材料复合制备各种各样超低膨胀系数、甚至零膨胀系数、且具有特定功能的复合材料，在微电子器件材料、精密光学镜面、医用器材、传感器、航空航天、发动机部件和精密机械等领域都具有十分重要的应用价值。

目前，普遍研究的氧化物负热膨胀材料主要包括以ZrW₂O₈为代表的O₈系列、以ZrV₂O₇为代表的O₇系列、通式为A₂M₃O₁₂的O₁₂系列（A为三价阳离子，可以为过渡族金属或稀土元素，A也可以由一个四价阳离子和一个二价阳离子替代；M为W或Mo）等，这些材料都因其特殊性能而得到广泛关注。但目前为止，所发现的负热膨胀材料种类十分有限，而且这类材料的研究尚不完善，至今还没有得到大规模应用，还有很多问题尚待解决，如原材料的选取、相变、吸水性问题，机械性能的提高，生产工艺复杂、A₂M₃O₁₂系列须由单斜相转变为正交相后才表现出负热膨胀性能等。

因此，研发负热膨胀性能稳定、无相变、制备工艺简单、适合规模化生产的新型负膨胀材料是非常必要并且具有显著意义的。

发明内容

为克服现有技术中存在的不足之处及材料的局限性，本发明的目的在于提供一种新型负热膨胀材料ZrScMo₂VO₁₂及其固相烧结合成方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种新型负热膨胀材料，分子式为：ZrScMo₂VO₁₂。

新型负热膨胀材料的固相烧结合成方法：以摩尔比计，按二氧化锆ZrO₂：三氧化二钪Sc₂O₃：三氧化钼MoO₃：五氧化二钒V₂O₅=2：1：4：1称取原料，研磨混合均匀，将混合均匀的原料直接或压片后烧结合成，自然冷却得到目标产物ZrScMo₂VO₁₂；其中，烧结条件：温度为600-800℃，时间为30 min-5 h，压强为常压，气氛为空气。

本发明的有益效果在于： 

1. 本发明采用四价Zr⁴⁺和三价Sc³⁺取代A₂M₃O₁₂中的A离子，同时用V⁵⁺取代一个Mo⁶⁺以保持价态平衡，制备出一种新型的负热膨胀材料，分子式为ZrScMo₂VO₁₂，其在室温(RT)-600℃范围内具有稳定的负热膨胀性质，且无相变，具有工程应用价值。

2. 本发明可一次烧结完成，反应过程简单，在常压空气中烧结600-800℃，烧结时间为30 min-5 h，在高温下反应充分，制成的产品纯度高，适合批量生产。

附图说明

图1为实施例1合成的ZrScMo₂VO₁₂的XRD图谱 (800℃烧结30 min)；

图2为实施例2合成的ZrScMo₂VO₁₂的XRD图谱 (800℃烧结1 h)；

图3为实施例3合成的ZrScMo₂VO₁₂的XRD图谱 (800℃烧结3 h)；

图4为实施例4合成的ZrScMo₂VO₁₂的XRD图谱 (800℃烧结5 h)；