[发明专利]一种负热膨胀填料Zr2(WO4)(PO4)2的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种负热膨胀填料Zr₂(WO₄)(PO₄)₂的制备方法及其应用，以ZrO₂、WO₃和NH₃H₂PO₃为原料，添加MgCl₂·6H₂O后球磨混合均匀，然后将混合均匀的粉料进行压片处理，最后经烧结制备得到负热膨胀填料Zr₂(WO₄)(PO₄)₂。本发明实现了干磨直接压片的低温烧结工艺，在缩短制备时间的同时最终得到了性能良好的封接玻璃的负热膨胀填料Zr₂(WO₄)(PO₄)₂，工艺重复性优良，操作简单适合大规模生产。

技术领域

本发明属于无机非金属技术领域，具体涉及一种负热膨胀填料Zr₂(WO₄)(PO₄)₂的制备方法及其应用。

背景技术

负膨胀材料,在一定的温度范围内,其平均热膨胀系数为负值,具有“热缩冷胀”的特性,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。就目前的状况而言,虽然负膨胀材料已逐渐引起大家的重视,但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、机械性能的提高、生产工艺复杂等。常见玻璃的膨胀系数大约是100～180×10^-7/℃，而在实际应用中玻璃与陶瓷、金属及复合材料等相互封接时，其膨胀系数匹配度是关乎封接效果的直接因素，一般是在较高温度下进行粘合封接的，常常要求玻璃封接材料具有较低的膨胀系数，因此，用于封接玻璃的低膨胀系数填料的研究具有十分重要的意义。

目前的负膨胀材料主要有：ZrV₂O₇、A₂M₃O₁₂(A＝3价过渡金属或稀土；M＝W或Mo)、ScF₃、Zr₂(WO₄)(PO₄)₂、HfMgW₃O₁₂等等。其中Zr₂(WO₄)(PO₄)₂材料由于其非常好的化学稳定性、热稳定性，同时在高温力学和及高抗压方面也有着较好的性能受到了广泛关注，是一种负膨胀性能优异的材料，在25℃-800℃内保持着正交结构，具有因而具有重要的应用前景。Zr₂WP₂O₁₂晶体是由ZrO₆八面体和WO₄、PO₄四面体共顶连接的。每一个和WO₄、PO₄四面体都和不同的ZrO₆八面体相连接，形成开放网状结构，这种网状结构中每个四面体中心都只能被一个W离子或P离子所占据中且不含氧离子空隙。每个四面体中的阳离子(W,P离子)是有序排列的，因此Zr₂WP₂O₁₂空间群恒定且没有超结构。

目前Zr₂(WO₄)(PO₄)₂的制备方法主要有水热法、激光烧结合成法、高温快速烧结合成法和固相烧结法，固相烧结法是已经商业化的制备方法。已经报道的固相烧结法在磨料的过程中均采用湿磨法，需要将浆料进行烘干处理才可压片烧结，烧结温度一般也在1350℃以上，并且通常需多次烧结(烧结-研磨-烧结)，不仅制备条件严苛，而且制备耗能大、耗时长。

发明内容