[发明专利]一种负热膨胀陶瓷材料ScxIn2-xW3O12及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于负热膨胀无机功能材料领域，具体涉及一种负热膨胀陶瓷材料Sc_xIn_2-xW₃O₁₂及其制备方法。

背景技术

随着温度的变化体积发生“热缩冷胀”的材料称为负热膨胀材料。近些年来随着微电子、光学和微机械等领域的器件微型化和航空航天技术的发展，材料的精确尺寸对器件的功能至关重要。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，可以通过将具有负热膨胀系数与正热膨胀系数的材料进行复合，以期制备各种可控热膨胀乃至零膨胀的复合材料。

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。第三系列的A₂M₃O₁₂负热膨胀成员众多，负热膨胀各不相同。其中Sc₂W₃O₁₂是该系列中负热膨胀性能最为优异的种化合物，其在-10℃至950℃的温度范围内负热膨胀系数高达-5.82×10^-6K^-1。但是其原料稀土氧化物Sc₂O₃的价格非常高，从而导致该种负热膨胀的合成成本较高，难以投入实际应用，因此探寻一种价格低，负热膨胀性能优异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Sc_xIn_2-xW₃O₁₂及其制备方法，其中1≤x≤1.2。

上述一种负热膨胀材料Sc_xIn_2-xW₃O₁₂的制备方法，包括如下步骤：

(1)合成Sc_xIn_2-xW₃O₁₂的原料为分析纯Sc₂O₃、In₂O₃和WO₃粉末，按照计量比称重Sc₂O₃、In₂O₃和WO₃，在酒精中混合后球磨12-24h，将球磨混合后原料在60～100℃烘箱中烘干，然后再用玛瑙研钵研磨0.5～1h。

(2)在步骤(1)中球磨均匀的物料中加入占总质量2～5％的聚乙烯醇(PVA)，研磨使混合均匀，然后在50-150MPa下冷压成型压片。

(3)将步骤(2)中压片后的物料，在500℃排胶0.5～1h，在950～1150℃高温烧结12～24h，随炉自然冷却后得到负热膨胀材料Sc_xIn_2-xW₃O₁₂陶瓷；

上述一种负热膨胀Sc_xIn_2-xW₃O₁₂陶瓷的制备方法中，步骤(1)中，原料Sc₂O₃、In₂O₃和WO₃的摩尔比为x:2-x:3,1≤x≤1.2。