[发明专利]一种高熵近零膨胀钒酸盐陶瓷材料及其烧结合成方法

说明书

本发明公开一种高熵近零膨胀钒酸盐陶瓷材料及其烧结合成方法，属于无机非金属材料技术领域，以LiNO₃、Fe₂O₃、Mg(OH)₂、ZnO、CuO、NH₄VO₃为原料，按目标产物(LiFeMgZn)_0.15Cu_1.4V₂O₇中化学计量摩尔比称取原料，研磨混合均匀后，直接或压片后600~750℃烧结合成3~5 h得到目标产物。本发明采用四种不同离子去部分替代Cu₂V₂O₇中Cu²⁺离子，固相法制备出近零热膨胀材料(LiFeMgZn)_0.15Cu_1.4V₂O₇，工艺简单，低成本，适合于工业化生产。

技术领域

本发明属于无机非金属材料领域，特别涉及一种高熵近零膨胀钒酸盐陶瓷材料及其烧结合成方法。

背景技术

随着科技的发展，对器件的稳定性能要求越来越高，然而，由于材料的热胀冷缩，器件在反复的热冷循环过程中积累了热应力，当积累的热应力超过材料本身的结合力时，将通过产生微裂纹来释放热应力，降低器件的性能，继而裂纹变大，甚至部分材料脱离整体，器件将彻底失效。减小材料的热应力是提高器件热稳定性能的关键所在。

目前发现的负热膨胀材料，与通常的热膨胀材料即正热膨胀材料的热学性能相反，将正热膨胀材料与负热膨胀材料均匀复合可以降低热应力的积累。在材料受热过程中，正热膨胀的热膨胀产生的热应力通过负热膨胀材料的收缩来释放，这样可以部分消除热应力。如我们前期研究的正热膨胀金属Al与负热膨胀材料Zr₂P₂WO₁₂就是其中一例 (一种热膨胀系数可控的金属基陶瓷材料Al-Zr₂P₂WO₁₂的烧结合成方法，ZL201110283736.0)。然而，正热膨胀材料和负热膨胀材料复合的均匀度很难保证，在不同材料区域，因为热膨胀性能差异仍然会出现微裂纹，对于精密器件的高标准要求很难满足。

如何能实现单一相材料的低热膨胀材料目前仍具有很大挑战。首先调整热膨胀系数可以通过部分取代负热膨胀材料中一些离子来实现，然而还未达到近零热膨胀取代离子已经超过固溶度极限并出现新相，形成两相共存。另一方面，一些负热膨胀材料的负热膨胀现象与相变相连，在部分离子取代后，负热膨胀温度区间很快变窄，导致低热膨胀温度区间很窄，降低了实际应用意义。基于这两方面的研究，我们需要设计单一相的低热膨胀材料研究方案：在取代离子方面，需要尽量降低单一取代离子的量而远离其固溶度极限，从而避免第二相的离析。这就需要增加不同取代离子的数量，从而降低某一种取代离子的量；在负热膨胀材料选择方面，需要选择负热膨胀温度范围足够宽的材料，避免低热膨胀温度范围太窄。