[发明专利]一种具有反常成分波动的宽温区零膨胀合金及制备方法

说明书

本发明属于相变合金制备领域，尤其涉及一种具有反常成分波动的宽温区零膨胀合金及制备方法。该具有反常成分波动的宽温区零膨胀合金的原子百分比表达式为Hf_0.6Ti_0.4Fe_2+x，其中0＜x≤1。零膨胀合金相属于六方晶系，其中Hf、Ti分布在4f位，Fe分布在2a和6h位，过量的Fe占据Hf/Ti位，且微结构表现为周期性富‑Hf、富‑Ti区域交替，宏观上表现为宽温区零膨胀。本发明的有益效果是：合成步骤简单容易实现，且通过周期性成分波动形成的连续正、负热膨胀耦合比传统的双相复合结构更加稳定，具有反常成分波动的宽温区零膨胀合金在100~500K温度区间内表现零膨胀特性，线膨胀系数α_l≤1.8×10^‑6。

技术领域

本发明属于相变合金制备领域，尤其涉及一种具有反常成分波动的宽温区零膨胀合金及制备方法。

背景技术

大多数物质随温度变化表现出热胀冷缩的性质，然而由于热膨胀带来的尺寸变化和热应力将大大缩短材料的使用寿命和应用范围。在许多精密仪器，如航空航天（在太空中航天器表面材料的阴面和阳面温差很大，具有很大的热应力）、电子设备（多层陶瓷电容器失效的主要原因就是Si芯片产生的热量导致电容器与周围材料的热膨胀不匹配）。因此开发新型的零膨胀(ZTE)材料(随温度变化其本身尺寸不发生任何变化的材料)对实际应用至关重要，且对揭示其内在的机制也有着重大的科学意义。实现材料零膨胀的途径通常来说分为两大类：(1)通过化学修饰，如改变化学组成，调节材料的热膨胀系数(CTE)由正到零或负，如因瓦合金(Fe-36Ni)；(2)通过将负热膨胀材料与正热膨胀材料混合形成复合材料，如双相合金(Er-Fe-V-Mo)和包覆材料(La(Fe,Si)₁₃)-Cu。本发明设计了一种介于单相和复合材料之间的宽温区零膨胀合金(100-420K)，其具有周期性的成分波动，铸态的Hf_0.6Ti_0.4Fe_2.5在短程范围具有周期性的成分梯度，表示为正-负热膨胀的周期交替，但长程范围显示为单相结构表现为宽温区的零膨胀。与通过固相烧结形成金属/陶瓷基传统的复合材料或双相零膨胀材料不同，Hf_0.6Ti_0.4Fe_2.5金属间化合物长程零膨胀的实现，是通过微观上正、负热膨胀的连续变化实现，这将带来更小的热应力以延长材料的使用寿命。周期性浓度梯度调节热膨胀的新机制意味着零膨胀合金的发展并为设计其它零膨胀金属间化合物提供了指导意见。

发明内容

本发明开了一种具有反常成分波动的宽温区零膨胀合金制备方法，以解决现有技术的上述技术问题以及其他潜在问题中的任意问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种具有反常成分波动的宽温区零膨胀合金，所述具有反常成分波动的宽温区零膨胀合金的原子百分比表达式为Hf_0.6Ti_0.4Fe_2+x，其中, 0＜x≤1。

进一步，所述零膨胀合金相属于六方晶系，其中Hf、Ti分布在4f位，Fe分布在2a和6h位，过量的Fe占据Hf/Ti位。

进一步，所述零膨胀合金的微结构表现为周期性富-Hf、富-Ti区域交替，宏观上表现为宽温区零膨胀。

进一步，所述富-Hf区域表现为正膨胀，富Ti区域表现为负膨胀，周期性的成分梯度变化伴随着连续的正负热膨胀耦合。

进一步，所述具有反常成分波动的宽温区零膨胀合金的原子百分比表达式为Hf_0.6Ti_0.4Fe_2.5，在100~420K温度区间内表现零膨胀特性，线膨胀系数α_l为0.5×10^-6。

本发明的另一目提供一种制备具有反常成分波动的宽温区零膨胀合金的方法，所述方法具体包括以下步骤：