[發明專利]一種具有反常成分波動的寬溫區零膨脹合金及制備方法

有效

• 申請號: 202110294895.4
• 申請日: 2021-03-19
• 公開（公告）號: CN113073270B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 林鯤;張文斌;邢獻然
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C38/14
• 分類號: C22C38/14;C22C38/00;C22C30/00;C22C33/04;C21D1/74;C21D1/26;C21D1/773
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 朱艷華

本發明屬于相變合金制備領域，尤其涉及一種具有反常成分波動的寬溫區零膨脹合金及制備方法。該具有反常成分波動的寬溫區零膨脹合金的原子百分比表達式為Hf_0.6Ti_0.4Fe_2+x，其中0＜x≤1。零膨脹合金相屬于六方晶系，其中Hf、Ti分布在4f位，Fe分布在2a和6h位，過量的Fe占據Hf/Ti位，且微結構表現為周期性富?Hf、富?Ti區域交替，宏觀上表現為寬溫區零膨脹。本發明的有益效果是：合成步驟簡單容易實現，且通過周期性成分波動形成的連續正、負熱膨脹耦合比傳統的雙相復合結構更加穩定，具有反常成分波動的寬溫區零膨脹合金在100~500K溫度區間內表現零膨脹特性，線膨脹系數α_l≤1.8×10^?6。

技術領域

本發明屬于相變合金制備領域，尤其涉及一種具有反常成分波動的寬溫區零膨脹合金及制備方法。

背景技術

大多數物質隨溫度變化表現出熱脹冷縮的性質，然而由于熱膨脹帶來的尺寸變化和熱應力將大大縮短材料的使用壽命和應用范圍。在許多精密儀器，如航空航天（在太空中航天器表面材料的陰面和陽面溫差很大，具有很大的熱應力）、電子設備（多層陶瓷電容器失效的主要原因就是Si芯片產生的熱量導致電容器與周圍材料的熱膨脹不匹配）。因此開發新型的零膨脹(ZTE)材料(隨溫度變化其本身尺寸不發生任何變化的材料)對實際應用至關重要，且對揭示其內在的機制也有著重大的科學意義。實現材料零膨脹的途徑通常來說分為兩大類：(1)通過化學修飾，如改變化學組成，調節材料的熱膨脹系數(CTE)由正到零或負，如因瓦合金(Fe-36Ni)；(2)通過將負熱膨脹材料與正熱膨脹材料混合形成復合材料，如雙相合金(Er-Fe-V-Mo)和包覆材料(La(Fe,Si)₁₃)-Cu。本發明設計了一種介于單相和復合材料之間的寬溫區零膨脹合金(100-420K)，其具有周期性的成分波動，鑄態的Hf_0.6Ti_0.4Fe_2.5在短程范圍具有周期性的成分梯度，表示為正-負熱膨脹的周期交替，但長程范圍顯示為單相結構表現為寬溫區的零膨脹。與通過固相燒結形成金屬/陶瓷基傳統的復合材料或雙相零膨脹材料不同，Hf_0.6Ti_0.4Fe_2.5金屬間化合物長程零膨脹的實現，是通過微觀上正、負熱膨脹的連續變化實現，這將帶來更小的熱應力以延長材料的使用壽命。周期性濃度梯度調節熱膨脹的新機制意味著零膨脹合金的發展并為設計其它零膨脹金屬間化合物提供了指導意見。

發明內容

本發明開了一種具有反常成分波動的寬溫區零膨脹合金制備方法，以解決現有技術的上述技術問題以及其他潛在問題中的任意問題。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是：一種具有反常成分波動的寬溫區零膨脹合金，所述具有反常成分波動的寬溫區零膨脹合金的原子百分比表達式為Hf_0.6Ti_0.4Fe_2+x，其中, 0＜x≤1。

進一步，所述零膨脹合金相屬于六方晶系，其中Hf、Ti分布在4f位，Fe分布在2a和6h位，過量的Fe占據Hf/Ti位。

進一步，所述零膨脹合金的微結構表現為周期性富-Hf、富-Ti區域交替，宏觀上表現為寬溫區零膨脹。

進一步，所述富-Hf區域表現為正膨脹，富Ti區域表現為負膨脹，周期性的成分梯度變化伴隨著連續的正負熱膨脹耦合。

進一步，所述具有反常成分波動的寬溫區零膨脹合金的原子百分比表達式為Hf_0.6Ti_0.4Fe_2.5，在100~420K溫度區間內表現零膨脹特性，線膨脹系數α_l為0.5×10^-6。

本發明的另一目提供一種制備具有反常成分波動的寬溫區零膨脹合金的方法，所述方法具體包括以下步驟：