[發明專利]一種高熵近零膨脹釩酸鹽陶瓷材料及其燒結合成方法

有效

• 申請號: 202210079174.6
• 申請日: 2022-01-24
• 公開（公告）號: CN114315351B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 劉獻省;向余夢;郝向凱;于萍;張偉風
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: C04B35/495
• 分類號: C04B35/495;C04B35/64
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 張麗

本發明公開一種高熵近零膨脹釩酸鹽陶瓷材料及其燒結合成方法，屬于無機非金屬材料技術領域，以LiNO₃、Fe₂O₃、Mg(OH)₂、ZnO、CuO、NH₄VO₃為原料，按目標產物(LiFeMgZn)_0.15Cu_1.4V₂O₇中化學計量摩爾比稱取原料，研磨混合均勻后，直接或壓片后600~750℃燒結合成3~5 h得到目標產物。本發明采用四種不同離子去部分替代Cu₂V₂O₇中Cu²⁺離子，固相法制備出近零熱膨脹材料(LiFeMgZn)_0.15Cu_1.4V₂O₇，工藝簡單，低成本，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，特別涉及一種高熵近零膨脹釩酸鹽陶瓷材料及其燒結合成方法。

背景技術

隨著科技的發展，對器件的穩定性能要求越來越高，然而，由于材料的熱脹冷縮，器件在反復的熱冷循環過程中積累了熱應力，當積累的熱應力超過材料本身的結合力時，將通過產生微裂紋來釋放熱應力，降低器件的性能，繼而裂紋變大，甚至部分材料脫離整體，器件將徹底失效。減小材料的熱應力是提高器件熱穩定性能的關鍵所在。

目前發現的負熱膨脹材料，與通常的熱膨脹材料即正熱膨脹材料的熱學性能相反，將正熱膨脹材料與負熱膨脹材料均勻復合可以降低熱應力的積累。在材料受熱過程中，正熱膨脹的熱膨脹產生的熱應力通過負熱膨脹材料的收縮來釋放，這樣可以部分消除熱應力。如我們前期研究的正熱膨脹金屬Al與負熱膨脹材料Zr₂P₂WO₁₂就是其中一例 (一種熱膨脹系數可控的金屬基陶瓷材料Al-Zr₂P₂WO₁₂的燒結合成方法，ZL201110283736.0)。然而，正熱膨脹材料和負熱膨脹材料復合的均勻度很難保證，在不同材料區域，因為熱膨脹性能差異仍然會出現微裂紋，對于精密器件的高標準要求很難滿足。

如何能實現單一相材料的低熱膨脹材料目前仍具有很大挑戰。首先調整熱膨脹系數可以通過部分取代負熱膨脹材料中一些離子來實現，然而還未達到近零熱膨脹取代離子已經超過固溶度極限并出現新相，形成兩相共存。另一方面，一些負熱膨脹材料的負熱膨脹現象與相變相連，在部分離子取代后，負熱膨脹溫度區間很快變窄，導致低熱膨脹溫度區間很窄，降低了實際應用意義。基于這兩方面的研究，我們需要設計單一相的低熱膨脹材料研究方案：在取代離子方面，需要盡量降低單一取代離子的量而遠離其固溶度極限，從而避免第二相的離析。這就需要增加不同取代離子的數量，從而降低某一種取代離子的量；在負熱膨脹材料選擇方面，需要選擇負熱膨脹溫度范圍足夠寬的材料，避免低熱膨脹溫度范圍太窄。