[發明專利]一種可用于密封的負熱膨脹材料的制備方法

在審

• 申請號: 201910510688.0
• 申請日: 2019-06-13
• 公開（公告）號: CN110229001A
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發明（設計）人: 陳駿;施耐克;龐雪鷺;張婭;鄧金俠;于然波;邢獻然
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C04B35/447
• 分類號: C04B35/447;C09K3/10
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

一種可用于密封的負熱膨脹材料及制備方法，屬于功能材料領域。負熱膨脹材料為焦磷酸銅及其摻雜體系Cu_2?xA_xP_2?yB_yO₇；稱取化學計量比的CuO、(NH₄)₂H_PO₄及A或B的氧化物，加入酒精研磨混勻，進行低溫預燒，再在800℃燒結9?11小時，冷卻后研磨，即得到目標產物。焦磷酸銅在?150℃到100℃具有很強的負熱膨脹性質，體積熱膨脹系數(CTE)為?21.33×10^?6。100℃之后會突變為正膨脹，100℃到500℃體積熱膨脹系數為+17.13×10^?6。通過摻雜不同元素及含量(Cu_2?xA_xP_2?yB_yO₇)，其熱膨脹轉變點在25℃?325℃可調。通過調節不同摻雜元素、摻雜量和研磨工藝，可得到不同熱膨脹轉變溫度點的材料。并對其進行精確調控。相關化合物在?150℃?800℃范圍內不分解，可長期穩定存在。成本低廉，制備工藝簡單，制備規模可控，有望大規模應用于密封材料。

所屬技術領域

本發明屬于功能材料領域，涉及一種可用于密封的負熱膨脹材料的制備方法。

背景技術

負熱膨脹材料具有很高的研究價值與廣泛的應用領域，多用于解決由于熱脹冷縮或膨脹系數不匹配引起的器件失效及損壞等問題。在精密儀器制造、低溫功能器件等諸多領域有重要應用。然而，目前還沒有將負膨脹材料用于密封材料的案例。當今市面上的密封材料面臨的一大難題就是在溫度降低時，由于密封材料的收縮導致密封性下降，引起泄漏。負熱膨脹材料可以解決這一問題。但是，由于現有的在室溫附近呈現負熱膨脹性能的材料有限，而這部分材料在室溫附近又會持續呈現負膨脹(如ZrW₂O₈^[1],FeFe(CN)₆^[2],ScF₃[³]等)，若將其應用于密封材料中，又可能在溫度升高時降低其密封性。因此，若開發一種在使用溫度附近，無論環境溫度升高或降低，都能呈現正膨脹、加強其密封性的材料，那將會攻克密封領域的一個重要難題。

發明內容

本發明目的在于研發一種熱膨脹轉變點可控，從而可針對不同使用溫度需求的密封材料，使其密封性不會因環境溫度變化而降低。

一種可用于密封的負熱膨脹材料的制備方法，其特征在于負熱膨脹材料為焦磷酸銅及其摻雜體系Cu_2-xA_xP_2-yB_yO₇；包括Cu₂P₂O₇，Cu_2-xZn_xP₂O₇(0＜x＜1)，Cu₂P_2-yV_yO₇(0.5＜y＜1.5)。稱取化學計量比的CuO、(NH₄)₂H_PO₄及A或B的氧化物，加入酒精研磨混勻，250℃進行低溫預燒，再在800℃燒結9-11小時，冷卻后研磨，即可得到目標產物。

進一步地，合成Cu₂P₂O₇.稱取化學計量比的CuO和(NH₄)₂H_PO₄，加入酒精手動研磨2-3次，之后250℃低溫預燒6小時，再放入馬弗爐800℃高溫燒結12小時，冷卻后研磨，得到Cu₂P₂O₇。