[發明專利]一種高熵低熱膨脹陶瓷材料及其燒結合成方法

有效

• 申請號: 202110434228.1
• 申請日: 2021-04-22
• 公開（公告）號: CN113149646B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 劉獻省;郝向凱;王孟月;向余夢;田建軍;張偉風
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: C04B35/495
• 分類號: C04B35/495;C04B35/622
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 張麗

本發明公開了一種高熵低熱膨脹陶瓷材料及其燒結合成方法，屬于無機非金屬材料領域，以Fe₂O₃、Co₂O₃、Ni₂O₃、Al₂O₃、Cr₂O₃和MoO₃、WO₃粉末為原料，按目標產物(FeCoNiAlCr)_0.4Mo_1.5W_1.5O₁₂中化學計量摩爾比Fe:Co:Ni:Al:Cr:Mo:W=0.4:0.4:0.4:0.4:0.4:1.5:1.5稱取原料，研磨混合均勻后，直接或壓片后800~900℃燒結合成2~5 h得到目標產物。本發明采用固相法制備出高熵低熱膨脹陶瓷材料(FeCoNiAlCr)_0.4Mo_1.5W_1.5O₁₂，工藝簡單，成本較低，適合于工業化生產。

技術領域

本發明屬于無機非金屬材料領域，特別涉及了一種高熵低熱膨脹陶瓷材料(FeCoNiAlCr)_0.4Mo_1.5W_1.5O₁₂及其燒結合成方法。

背景技術

1996年美國俄勒岡州立大學Sleight小組研究發現ZrW₂O₈從273.3 ℃到接近分解溫度1323 ℃整個溫度范圍內都表現出負熱膨脹行為，從那時起，負熱膨脹材料受到廣泛關注。A₂M₃O₁₂系列氧化物負熱膨脹材料具有負熱膨脹系數大、結構穩定的特點。然而，當A離子比較大時（Y、Yb、Er等），A₂M₃O₁₂室溫下具有嚴重吸水性，只有隨著溫度升高完全釋放結晶水后才表現出負熱膨脹；當A離子半徑較小時（Fe、Al、Cr等），A₂M₃O₁₂室溫下結晶為單斜相并表現正熱膨脹，只有溫度遠高于室溫后轉變為正交相后才表現負熱膨脹。通常采用離子替代的方法來解決這些問題，比如用較大的離子替代較小的離子來降低相變點，但是替代量大的時候，又出現吸水性；或用較小的離子替代較大的離子減小吸水性，但是替代量大的時候，反而出現相變。這樣采用簡單離子替代A離子的方法在降低相變點和吸水性方面有一定的效果，會出現負面效應，同時也帶來負熱膨脹性能減弱，甚至消失。最近我們在A和M雙位替代的研究中發現，提高A₂M₃O₁₂元素組元數目，不同組元數目達到4以后 (類高熵)，比如ZrScMo₂VO₁₂解決了相變點高和吸水性問題，同時不僅具有優異的負熱膨脹性能，并新增了涵蓋可見光區的光致發光性能。不過Sc元素的昂貴，也影響了推廣使用。這些結果表明，隨著組分元素數目的增加，熵也逐漸增加，材料表現出更加優異的性能。如果更進一步將亞晶格A/M位不同主元組元數提高到5個或以上，熵將跨越到高熵，電子會呈現局域化；基于高熵效應，預期形成高熵陶瓷后將表現出更加優異的性能，并促成A₂M₃O₁₂系列負熱膨脹材料在應用上的棘手的相變點高和吸水性嚴重的問題得到解決。

因此，研發一種高熵低熱膨脹(FeCoNiAlCr)_0.4Mo_1.5W_1.5O₁₂適合于工業生產的簡易固相制備方法對推廣應用性能優異的低熱膨脹材料具有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于研發一種成本較低的高熵低熱膨脹陶瓷材料(FeCoNiAlCr)_0.4Mo_1.5W_1.5O₁₂及其燒結合成方法。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案如下: