[發明專利]一種負熱膨脹陶瓷材料Al2?xScxMo3O12及其制備方法

在審

• 申請號: 201710345736.6
• 申請日: 2017-05-17
• 公開（公告）號: CN107235726A
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發明（設計）人: 劉紅飛;張義池;鄭倩;張志萍;楊露;曾祥華
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: C04B35/495
• 分類號: C04B35/495;C04B35/622;C04B35/626
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司32252
• 代理人: 戴朝榮

技術領域

本發明屬于無機功能陶瓷材料領域，具體涉及一種負熱膨脹陶瓷材料Al_2-xSc_xMo₃O₁₂及其制備方法。

背景技術

自然界大多數材料隨著溫度的變化發生“熱脹冷縮”，但也有少數材料會發生“熱縮冷脹”現象，這類材料稱之為負熱膨脹材料。負熱膨脹材料在航空航天、微電子、光學和微機械等領域有著巨大的潛在應用前景。隨著科技的發展，高精密器件對自身的精確尺寸要求越來越高，這對器件的功能也至關重要。而熱膨脹系數不匹配產生的熱應力常是器件疲勞、性能下降、失效甚至斷裂和脫落的主要原因。器件尺寸往往會因工作環境溫度的變化而發生變化，導致器件的性能不穩定甚至失效。負熱膨脹材料的發現為解決這類問題提供了可能。

負熱膨脹材料主要有以下三個系列：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）。雖然經過多年的研究與探索，發現了一些新的負熱膨脹材料，但其負熱膨脹性能都存在一定的不足。比如AM₂O₈系列負熱膨脹材料在其負熱膨脹相應溫度范圍內存在相變，會導致其熱膨脹性能的突變；AM₂O₇系列的負熱膨脹材料的負熱膨脹在102℃以上才表現為負熱膨脹。A₂M₃O₁₂（A=Sc, Yb, In, Y,等; M=W, Mo）系列負熱膨脹材料眾多，并以其優異的性能近些年來得到快速發展。研究表明：該系列材料的熱膨脹性能主要取決于A位陽離子，不同A位陽離子會使得A₂M₃O₁₂系列材料呈現不同的熱膨脹特性。當A為Y³⁺，Ho³⁺，Tm³⁺，Er³⁺，Yb³⁺，Lu³⁺元素時，該部分負熱膨脹材料在空氣中易吸濕，室溫下熱膨脹系數表現為正，隨著溫度升高，失去結晶水后，才表現為優異的負熱膨脹特性，當溫度降低到室溫后又會吸濕，失去負熱膨脹特性。這種易吸濕缺陷引起的熱膨脹特性改變難以克服，阻礙其走向實際應用。然而當A為In³⁺， Fe³⁺，Cr³⁺，Al³⁺元素時，該部分負熱膨脹材料則不吸濕潮解。這五種元素的鎢酸鹽和鉬酸鹽均包含單斜相和斜方相兩種晶體結構，其中單斜相呈現正熱膨脹，斜方相呈現負熱膨脹。隨著溫度的變化，該系列材料均會發生單斜相向斜方相的轉變。其中Al₂Mo₃O₁₂從單斜相（正膨脹）到斜方相（負膨脹）的相轉變溫度為200℃。這種在室溫以上由于相轉變溫度的改變，帶來的熱膨脹性能由正到負的改變，對其應用有著不利的影響，通過離子摻雜，將Al₂Mo₃O₁₂的相變點移至室溫以下，制備得到一種新型負熱膨脹材料，有著重要的研究意義和實用價值。

發明內容

本發明的目的在于提供一種在室溫以上具有穩定負熱膨脹性能、合成成本低、制備工藝簡單的新型負熱膨脹材料Al_2-xSc_xMo₃O₁₂及其制備方法，

實現上述目的的技術解決方案是：

一種負熱膨脹陶瓷材料Al_2-xSc_xMo₃O₁₂，該材料以Sc₂O₃、Al₂O₃和MoO₃為原料，采用分步固相法合成制備，其中 0.35≤x≤0.45。

上述一種負熱膨脹材料Al_2-xSc_xMo₃O₁₂的制備方法，包括如下步驟：