[发明专利]负热膨胀材料NdMnO3及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机非金属负热膨胀材料领域，具体涉及一种新型负热膨胀材料NdMnO₃及其制备方法。

背景技术

在工程技术领域，不同材料热膨胀系数的差异，甚至同一材料由表面到内部的不同深度因存在热梯度导致的热膨胀区别，往往导致热应力。这些热应力常常会引起材料或器件的性能指标变差，如热膨胀仪的系统误差、高温炉管或炉膛出现裂缝或断开、冬季水管或水箱冻裂、空间望远镜焦距随温度变化引起成像质量下降、高射炮管变形降低炮弹命中率、印刷电路板上的焊锡与铜箔脱离、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等。因此为了减少不同材料之间的热应力，必须探索热膨胀系数为零或接近零、或能够匹配的材料。

尽管自然界中大多数材料具有热胀冷缩的特性，但也有一些材料在一定温度范围内显示热缩冷胀的性质，即负热膨胀，比如A₂O(A—Ag、Cu)、BiNiO₃、AVO₅(A—Nb、Ta)、ZrV₂O₇、AM₂O₈(A—Zr、Hf; M—W、Mo)、A₂M₃O₁₂ (A—Y、Yb、Sc等，M—W、Mo)、CaZr₄P₆O₂₄、A(CN)₂(A—Cd、Zn)、AF_x(A—Sc、Zn；x—2、3)等等。目前，科研人员已经开始探索将负热膨胀材料与正热膨胀材料复合制备可控热膨胀系数或零膨胀材料，也有研究人员采用部分替代负热膨胀材料中部分离子来获得单一材料的近零膨胀性能，最大限度地减少材料的热应力，提高材料的抗热冲击强度。另一方面，对于负热膨胀性能强的材料也可以用于电冰箱或空调压缩机中。基于这些重要应用，负膨胀材料逐渐引起大家的重视。然而，负膨胀材料的研究还仍处于试验探索阶段，考虑到制备条件和环保等问题，可供广泛应用的材料却很少。因此，研究开发一种负热膨胀性能好、制备过程简单、成本较低、可供广泛应用的新型负热膨胀材料具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种负热膨胀性能较好、制备过程较为简单、可供广泛生产与应用的新型负热膨胀材料NdMnO₃及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下。

新型负热膨胀材料NdMnO₃，以Nd₂O₃、Mn₂O₃为原料，采用固相合成法制备。

所述新型负热膨胀材料NdMnO₃，制备时，原料Nd₂O₃、Mn₂O₃的摩尔比为1︰1。

所述新型负热膨胀材料NdMnO₃的制备方法，包括以下步骤：

（1）按比例称取原料Nd₂O₃和Mn₂O₃，将原料研磨混合均匀；

（2）将步骤（1）中混合均匀的物料压片；

（3）将步骤（2）中压片后物料烧结，烧结后自然冷却即可得到目标产物，即新型负热膨胀材料NdMnO₃；

烧结时，烧结参数为：1273K保温10~24 h，然后继续升温至1523~1573 K烧结，保温10~24 h。

步骤（1）中原料以摩尔比计，Nd₂O₃︰Mn₂O₃=1︰1。

步骤（1）中，为使原料研磨混合均匀，可先将原料混合研磨0.5~1.0h，然后加入无水乙醇继续研磨0.5~1.0h，研磨结束后在353~423K条件下烘干0.5~1.0h以使乙醇挥发干净，然后继续研磨3~5min使原料混合均匀。

步骤（2）中，所述压片可选择采用单轴方向压片机在200MPa的压强下压制2~3min；优选压制成直径10mm，高5mm左右的圆柱形胚体。

步骤（3）中所述烧结为在箱式炉中烧结，升温速率为5k/min。