[發明專利]一種高致密鎢酸鋯固溶體陶瓷及其制備方法

在審

• 申請號: 202210274790.7
• 申請日: 2022-03-21
• 公開（公告）號: CN114716247A
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 魏徽;徐小勇;徐艷;章旭;李靜
• 申請（專利權）人: 合肥精創科技有限公司
• 主分類號: C04B35/495
• 分類號: C04B35/495;C04B35/622;C04B35/64;C04B35/624;C04B35/626
• 代理公司: 合肥中谷知識產權代理事務所(普通合伙) 34146
• 代理人: 洪玲

本發明涉及一種高致密鎢酸鋯固溶體陶瓷及其制備方法，屬于鎢酸鋯固溶體陶瓷技術領域，所述鎢酸鋯固溶體陶瓷的化學式為ZrW_2?xMo_xO₈，其中，0≤x≤1，所述鎢酸鋯固溶體陶瓷為簡單立方點陣，是由共頂角的WO₄或MoO₄四面體與ZrO₆八面體組成的骨架網狀結構。本發明提供一種高致密鎢酸鋯固溶體陶瓷及其制備方法，采用溶膠凝膠法和水熱法的聯合方法低溫合成鎢酸鋯固溶體前驅體，然后通過放電等離子體燒結方法低溫快速制備出高致密鎢酸鋯固溶體陶瓷，該方法較傳統1250℃固相反應法制備的鎢酸鋯相比，燒結溫度更低，而且制備出的高致密鎢酸鋯固溶體陶瓷沒有生成氧化鋯和氧化鎢等不純物質。

技術領域

本發明屬于鎢酸鋯固溶體陶瓷技術領域，具體涉及一種高致密鎢酸鋯固溶體陶瓷及其制備方法。

背景技術

在當今科技飛速發展電子設備小型化的背景下，電子設備等精密儀器的熱膨脹控制顯得尤其重要。對于由多種材料組成的電子器件、光學鏡頭等精密儀器來說，環境溫度的變化和儀器工作時自熱引起的溫度上升而伴隨的熱膨脹現象，可能會導致異種材料界面變形甚至斷裂。這些問題具體到在電子封裝、微電子等電子精密系統中，元器件的功能與外形精確性及應力變化密切相關，然而高發熱量致使應用環境溫差變化巨大。而元器件與封裝材料的熱膨脹系數不匹配會造成極大的熱錯配力，極大的影響尺寸、功能失效等問題。上述問題可以通過引入可調控熱膨脹系數的緩沖層以減少界面上產生的熱應力來解決。但是，由于熱膨脹系數是各種材料的固有值很難通過單一的材料去調控熱膨脹系數。因此，通過異種材料的復合手法來控制熱膨脹系數是一種簡單有效的方法。相比較世界上絕多大數物質都是正熱膨脹材料，只有非常少的物質顯示負的熱膨脹特性。因此，負熱膨脹材料作為一種熱膨脹抑制劑備受關注。

鎢酸鋯(ZrW₂O₈)陶瓷材料因為在-272-777℃非常寬的溫度區間內具有很強的各向同性負熱膨脹系數，被認為是復合材料中用于控制熱膨脹系數最合適的第二相材料，在材料學、電子學、光學、微電子學、光纖通訊系統等諸多領域被認為具有廣闊的應用前景。目前大多數學者在鎢酸鋯添加異種元素進行摻雜，或者第二相顆粒進行復合來進行熱膨脹系數控制，然而復合材料進行復合過程中會因為基底和鎢酸鋯熱膨脹系數過大產生熱應力導致加熱過程發生裂痕導致斷裂等問題。因此通過摻雜手段進行熱膨脹性能的控制的研究顯得尤為重要。

Mo和W都是第6族元素，具有非常接近的電負性值(W：2.36Pauling，Mo：2.16Pauling)和離子半徑值(W⁶⁺：42pm，Mo⁶⁺：41pm，都是4配位值)，這使得W和Mo元素的相互固溶替代成為可能。根據ZrW₂O₈的熱力學相圖可以得知，ZrW₂O₈只在1105-1257℃非常有限的溫度區間內才處于熱力學穩定態，從穩定態緩慢降溫時會分解成氧化鎢和氧化鋯。因此，這為制備純的致密性ZrW₂O₈及其固溶體陶瓷帶來了困難。