本發(fā)明屬于負(fù)熱膨脹無機(jī)功能陶瓷材料領(lǐng)域，具體涉及一種負(fù)熱膨脹陶瓷材料scxin2-xmo3o12及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著溫度的變化體積發(fā)生“熱縮冷脹”的材料稱為負(fù)熱膨脹材料。近些年來隨著微電子、光學(xué)和微機(jī)械等領(lǐng)域的器件微型化和航空航天技術(shù)的發(fā)展，材料的精確尺寸對(duì)器件的功能至關(guān)重要。而熱膨脹系數(shù)不匹配產(chǎn)生的熱應(yīng)力常是器件疲勞、性能下降、失效甚至斷裂和脫落的主要原因。器件尺寸往往會(huì)因工作環(huán)境溫度的變化而發(fā)生變化，導(dǎo)致器件的性能不穩(wěn)定甚至失效。負(fù)熱膨脹材料的發(fā)現(xiàn)為解決這類問題提供了可能，可以通過將具有負(fù)熱膨脹系數(shù)與正熱膨脹系數(shù)的材料進(jìn)行復(fù)合，以期制備各種可控?zé)崤蛎浤酥亮闩蛎浀膹?fù)合材料。

負(fù)熱膨脹材料主要有以下三個(gè)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)。雖然經(jīng)過多年的研究與探索，發(fā)現(xiàn)了一些新的負(fù)熱膨脹材料，但其負(fù)熱膨脹性能都存在一定的不足。比如am2o8系列負(fù)熱膨脹材料在其負(fù)熱膨脹相應(yīng)溫度范圍內(nèi)存在相變，會(huì)導(dǎo)致其熱膨脹性能的突變；am2o7系列的負(fù)熱膨脹材料的負(fù)熱膨脹在102℃以上才表現(xiàn)為負(fù)熱膨脹。第三系列的a2m3o12負(fù)熱膨脹成員眾多，負(fù)熱膨脹各不相同。其中in2mo3o12表現(xiàn)出優(yōu)異的負(fù)熱膨脹性能。但是其在室溫下為單斜相，表現(xiàn)為正熱膨脹，在340℃時(shí)才轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂辛己秘?fù)熱膨脹性能的斜方相，這對(duì)其應(yīng)用十分不利，為了使in2mo3o12在室溫以上均表現(xiàn)為穩(wěn)定的負(fù)熱膨脹性能，通過sc的摻雜，探尋一種負(fù)熱膨脹性能優(yōu)異的新型負(fù)熱膨脹材料scxin2-xmo3o12，使其在室溫及以上均表現(xiàn)為負(fù)熱膨脹，對(duì)其將來的實(shí)際應(yīng)用具有十分重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種在室溫以上具有穩(wěn)定負(fù)熱膨脹性能和制備工藝簡(jiǎn)單的新型負(fù)熱膨脹材料scxin2-xmo3o12及其制備方法。

實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)解決方案是：

一種負(fù)熱膨脹陶瓷材料fe2-xscxmo3o12，該材料以moo3、sc2o3、fe2o3為原料，采用固相法合成制備，其中1.4≤x≤1.6。

上述一種負(fù)熱膨脹材料scxin2-xmo3o12的制備方法，包括如下步驟：

(1)合成scxin2-xmo3o12的原料為分析純sc2o3、in2o3和moo3粉末，按照計(jì)量比稱重sc2o3、in2o3和moo3，混料后在去離子水中球磨3～6h，將球磨混合后的原料在120～150℃烘箱中烘干，將原料放入瑪瑙研缽中混合研磨1～2h；

(2)將步驟(1)中研磨均勻的物料中加入占前驅(qū)體總質(zhì)量1～3％的聚乙烯醇，研磨20～40min混合均勻，然后在25～50mpa下冷等靜壓成型壓片；

(3)將步驟(2)中壓片后的物料，置于爐內(nèi)在500℃排膠1～2h，在650～750℃高溫?zé)Y(jié)6～12h，隨爐冷卻后得到預(yù)燒的負(fù)熱膨脹陶瓷材料scxin2-xmo3o12。

(4)將步驟(3)中預(yù)燒得到的負(fù)熱膨脹陶瓷材料scxin2-xmo3o12再次放入瑪瑙研缽中研磨1～2h，加入占前驅(qū)體總質(zhì)量1～3％的聚乙烯醇，研磨20～40min混合均勻，然后在100～150mpa下冷等靜壓成型壓片，然后置于800～1100℃高溫?zé)Y(jié)2～4h，隨爐冷卻后得到負(fù)熱膨脹陶瓷材料scxin2-xmo3o12。

上述一種負(fù)熱膨脹scxin2-xmo3o12陶瓷的制備方法中，步驟(1)中，原料sc2o3、in2o3和moo3的摩爾比為x:2-x:3,1.4≤x≤1.6。

上述一種負(fù)熱膨脹scxin2-xmo3o12陶瓷的制備方法，步驟(1)中球磨時(shí)原料sc2o3、in2o3和moo3的質(zhì)量和：瑪瑙球：酒精的質(zhì)量比為1:3:1.5。

上述一種負(fù)熱膨脹scxin2-xmo3o12陶瓷的制備方法中，步驟(2)和(4)中冷等靜壓成型過程中，分兩階段逐步增壓，分別在最終成型壓力的1/2和最終成型壓力處保壓4min。

上述一種負(fù)熱膨脹scxin2-xmo3o12陶瓷的制備方法中，步驟(3)和(4)中所述燒結(jié)在箱式爐中燒結(jié)，升溫速率為6℃/min。

采用x射線衍射儀(xrd)對(duì)樣品進(jìn)行物相結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析；采用掃描電子顯微鏡(sem)觀察制備陶瓷樣品的斷面形貌；采用熱機(jī)械分析儀(tma)對(duì)陶瓷樣品進(jìn)行負(fù)熱膨脹性能表征。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是：以原料sc2o3、in2o3和moo3的摩爾比為0.75:0.25:3為例，對(duì)本發(fā)明制備的負(fù)熱膨脹材料sc1.5in0.5mo3o12具體性能進(jìn)行檢測(cè)分析可以發(fā)現(xiàn)：制備樣品為斜方相sc1.5in0.5mo3o12陶瓷，形成固溶體，不含雜質(zhì)峰，陶瓷結(jié)構(gòu)致密，且該材料在室溫及以上具有穩(wěn)定且良好的負(fù)熱膨脹性能，其熱膨脹曲線在室溫到700℃的溫度范圍內(nèi)近乎為直線，說明其熱膨脹性能穩(wěn)定，其線性熱膨脹系數(shù)高達(dá)-3.99×10^-6/k。而且制備工藝簡(jiǎn)單，燒結(jié)溫度低，環(huán)保無污染，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明負(fù)熱膨脹材料sc1.5in0.5mo3o12的xrd圖譜。

圖2為本發(fā)明負(fù)熱膨脹材料sc1.5in0.5mo3o12陶瓷的sem圖譜。

圖3為本發(fā)明負(fù)熱膨脹材料sc1.5in0.5mo3o12陶瓷的熱膨脹曲線。

具體實(shí)施方式

本實(shí)驗(yàn)所用原料為：sc2o3(分析純)、in2o3(分析純)和moo3(分析純)。

固相法制備負(fù)熱膨脹材料scxin2-xmo3o12，其中1.4≤x≤1.6，下面結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

實(shí)施例1

(1)合成負(fù)熱膨脹材料sc1.4in0.6mo3o12，以分析純sc2o3、in2o3和moo3粉末為原料，按照摩爾比為sc2o3：in2o3：moo3＝0.7：0.3：3稱取原料，混料后在去離子水中球磨3h，將球磨混合后的原料在120℃烘箱中烘干，將原料放入瑪瑙研缽中混合研磨2h；

(2)將步驟(1)中研磨均勻的物料中加入占前驅(qū)體總質(zhì)量1％的聚乙烯醇，研磨40min混合均勻，然后在50mpa下冷等靜壓成型壓片；

(3)將步驟(2)中壓片后的物料，置于爐內(nèi)在500℃排膠2h，在750℃高溫?zé)Y(jié)6h，隨爐冷卻后得到預(yù)燒的負(fù)熱膨脹陶瓷材料sc1.4in0.6mo3o12。

(4)將步驟(3)中預(yù)燒得到的負(fù)熱膨脹陶瓷材料sc1.4in0.6mo3o12再次放入瑪瑙研缽中研磨2h，加入占前驅(qū)體總質(zhì)量1％的聚乙烯醇，研磨40min混合均勻，然后在100mpa下冷等靜壓成型壓片，然后置于1100℃高溫?zé)Y(jié)2h，隨爐冷卻后得到負(fù)熱膨脹陶瓷材料sc1.4in0.6mo3o12。

實(shí)施例2

(1)合成負(fù)熱膨脹材料sc1.5in0.5mo3o12，以分析純sc2o3、in2o3和moo3粉末為原料，按照摩爾比為sc2o3：in2o3：moo3＝0.75：0.25：3稱取原料，混料后在去離子水中球磨4h，將球磨混合后的原料在130℃烘箱中烘干，將原料放入瑪瑙研缽中混合研磨1.5h；

(2)將步驟(1)中研磨均勻的物料中加入占前驅(qū)體總質(zhì)量2％的聚乙烯醇，研磨30min混合均勻，然后在40mpa下冷等靜壓成型壓片；

(3)將步驟(2)中壓片后的物料，置于爐內(nèi)在500℃排膠1.5h，在700℃高溫?zé)Y(jié)9h，隨爐冷卻后得到預(yù)燒的負(fù)熱膨脹陶瓷材料sc1.5in0.5mo3o12。

(4)將步驟(3)中預(yù)燒得到的負(fù)熱膨脹陶瓷材料sc1.5in0.5mo3o12再次放入瑪瑙研缽中研磨1.5h，加入占前驅(qū)體總質(zhì)量2％的聚乙烯醇，研磨30min混合均勻，然后在125mpa下冷等靜壓成型壓片，然后置于1000℃高溫?zé)Y(jié)3h，隨爐冷卻后得到負(fù)熱膨脹陶瓷材料sc1.5in0.5mo3o12。

實(shí)施例3

(1)合成負(fù)熱膨脹材料sc1.6in0.4mo3o12，以分析純sc2o3、in2o3和moo3粉末為原料，按照摩爾比為sc2o3：in2o3：moo3＝0.8：0.2：3稱取原料，混料后在去離子水中球磨6h，將球磨混合后的原料在150℃烘箱中烘干，將原料放入瑪瑙研缽中混合研磨1h；

(2)將步驟(1)中研磨均勻的物料中加入占前驅(qū)體總質(zhì)量3％的聚乙烯醇，研磨20min混合均勻，然后在25mpa下冷等靜壓成型壓片；

(3)將步驟(2)中壓片后的物料，置于爐內(nèi)在500℃排膠1h，在650℃高溫?zé)Y(jié)12h，隨爐冷卻后得到預(yù)燒的負(fù)熱膨脹陶瓷材料sc1.6in0.4mo3o12。

(4)將步驟(3)中預(yù)燒得到的負(fù)熱膨脹陶瓷材料sc1.4in0.6mo3o12再次放入瑪瑙研缽中研磨1h，加入占前驅(qū)體總質(zhì)量3％的聚乙烯醇，研磨20min混合均勻，然后在150mpa下冷等靜壓成型壓片，然后置于800℃高溫?zé)Y(jié)4h，隨爐冷卻后得到負(fù)熱膨脹陶瓷材料sc1.6in0.4mo3o12。

下圖1是制備sc1.5in0.5mo3o12陶瓷的xrd圖譜，從圖中可知制備的sc1.5in0.5mo3o12為斜方相，具有較高純度，不含雜質(zhì)峰。圖2是負(fù)熱膨脹材料sc1.5in0.5mo3o12的sem圖譜，從圖中可以看出制備陶瓷樣品結(jié)構(gòu)致密；圖3是制備負(fù)熱膨脹材料sc1.5in0.5mo3o12的熱膨脹曲線，表明該材料具有良好的負(fù)熱膨脹性能，其熱膨脹曲線其在室溫到700℃的溫度范圍內(nèi)近乎為直線，說明其熱膨脹性能穩(wěn)定。在測(cè)試溫度區(qū)間內(nèi)，其線性熱膨脹系數(shù)高達(dá)--3.99×10^-6/k。