[發(fā)明專利]一種鋅錫摻雜錳氮化合物-氮化錳復(fù)合材料

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110150879.4
• 申請日: 2011-06-07
• 公開（公告）號: CN102320650A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 嚴(yán)學(xué)華;程曉農(nóng);徐桂芳;華祝元;李炳云;劉佳琪
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: C01G21/06
• 分類號: C01G21/06;C01G45/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料，特指Mn₃(Zn_xSn_1-x)N/Mn₂N復(fù)合材料，其中x＝0.5，0.6，0.9，隨x值的變化，使得所制備復(fù)合材料的平均線熱膨脹系數(shù)在較寬的溫度區(qū)間內(nèi)可控，該材料組元Mn₃(Zn_xSn_1-x)N各向同性，具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，因此在航空航天，光學(xué)元件，微電子器件，光纖通訊等領(lǐng)域具有很高的應(yīng)用前景。

背景技術(shù)

材料熱膨脹性能對提高航空航天結(jié)構(gòu)和電子設(shè)備等的熱幾何穩(wěn)定性有重要意義,衛(wèi)星天線和電子器件等工作環(huán)境復(fù)雜，不均勻溫度分布和大的溫度變化引起較大的熱變形，造成信號失真；大的溫度變化往往引起大的溫度應(yīng)力，造成結(jié)構(gòu)破壞，因此，（近）零膨脹材料的研制備受關(guān)注；多年來已經(jīng)獲得系統(tǒng)研究的近零膨脹材料，如磷酸鹽陶瓷材料、鈦酸鋁陶瓷、微晶玻璃等^[1]，其低熱膨脹材料或零膨脹材料的研究和開發(fā)，可以大大的增強(qiáng)材料的抗熱沖擊性能，提高材料的使用壽命，擴(kuò)大材料的適用范圍，近年來，近零膨脹陶瓷復(fù)合材料的設(shè)計合成，可以通過如下三種途徑實現(xiàn)：（1）通過成分調(diào)整獲得單一物相的近零膨脹陶瓷材料。如日本Suzuki等人以(HfMg)(WO₄)₃和Al₂(WO₄)₃為原材料制備出(Al_2x(HfMg)_1-x)(WO₄)₃，當(dāng)x＝0.15時，其熱膨脹系數(shù)接近為零^[2]；（2）采用拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)設(shè)計復(fù)合材料中各相材料在單胞域的分布形式，以獲得零膨脹材料的微結(jié)構(gòu)形式，并通過有限元法進(jìn)行模擬驗證^[3]；也可通過結(jié)構(gòu)設(shè)計來實現(xiàn)均質(zhì)材料的一維或者二維方向上的熱膨脹系數(shù)的控制，從而在獲得近零膨脹系數(shù)的同時，保障材料具有優(yōu)良的力學(xué)性能^[4]；（3）根據(jù)Turner和Kerner經(jīng)驗公式，將具有正的熱膨脹系數(shù)和負(fù)的熱膨脹系數(shù)的陶瓷材料，通過體積比例的調(diào)整，獲得近零膨脹的復(fù)合材料。

2005年，具有負(fù)熱膨脹特性的磁性材料(Mn_0.96Fe_0.04)₃(Zn_0.5Ge_0.5)N的發(fā)現(xiàn)，為制備新型高導(dǎo)電高導(dǎo)熱近零膨脹材料提供了可能^[5]，其基本結(jié)構(gòu)是具有“反鈣鈦礦”結(jié)構(gòu)的錳氮化物Mn₃XN，利用Ge取代部分X，其具有各向同性的負(fù)熱膨脹性能，體積變化不僅平緩，而且連續(xù)，因此即使反復(fù)升降溫，也不易生產(chǎn)缺陷和變形，化學(xué)性能穩(wěn)定，可當(dāng)作負(fù)熱膨脹材料來使用，通過調(diào)整元素及其比例來組合X，可調(diào)配出負(fù)熱膨脹系數(shù)為-25×10^-6K^-1的材料，這是目前公開報道負(fù)熱膨脹特性最為顯著的材料，此外，他們還預(yù)測該材料具有如下特點：（1）以前發(fā)現(xiàn)的負(fù)熱膨脹材料全部為絕緣體，而此次的新材料具備高導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性等金屬特性，因此可作為散熱片來使用；（2）具有與鐵和鋁等金屬材料匹敵的機(jī)械強(qiáng)度；（3）其合成主要原料不僅價格便宜，而且具有良好環(huán)保性；（4）可用于精密光學(xué)和微電子器部件領(lǐng)域；目前利用Al，Ga，Zn，In，Sn取代Mn₃XN中的X組元，以獲得新型反鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的化合物得到了國內(nèi)外相關(guān)科研機(jī)構(gòu)的廣泛研究^[6]。

我們通過對該類材料的研究，利用原位反應(yīng)復(fù)合工藝方法，通過調(diào)整Mn₃(Zn_xSn_1-x)N/Mn₂N復(fù)合材料中x的值，可以實現(xiàn)復(fù)合材料的平均線熱膨脹系數(shù)在較寬的溫度區(qū)間內(nèi)，可正，可負(fù)或者近零，以滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?fù)合材料的熱膨脹系數(shù)的不同需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]?邱杰，嚴(yán)學(xué)華，程曉農(nóng)，王春生，先進(jìn)近零膨脹陶瓷研究進(jìn)展，材料導(dǎo)報，2006，20(7):31-34；