负热膨胀化合物材料ZrW_2O_8的机理与制备技术

以ZrW2O8为典例,介绍了新型功能材料———负热膨胀材料的最新研究进展;列举了几种负热膨胀材料的物理性质和热力学参量;叙述了ZrW2O8的α相、β相和γ相之间的转变关系和过程;介绍了该类新材料的负热膨胀机理及刚性单元模式和受抑软性模式两种理论模型;系统探讨了该类材料的固相合成和液相合成技术,对比分析了各自的特点与存在的不足。

固相法制备超细ZrW_2O_8粉体及其负热膨胀特性的研究

以化学合成的ZrO2和WO3为原料,以固相法制备具有负热膨胀特性的超细立方相ZrW2O8粉体。对其前驱体进行差热分析(DSC),以X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)对产物结构及形貌进行表征。结果表明:通过化学方法合成出单斜相和四方相混合的纳米级ZrO2粉体,纯单斜相的纳米级WO3粉体,以其为原料能够制备出超细立方相ZrW2O8粉体。同时考察不同研磨时间对其粒径的影响。变温X射线粉末衍射分析表明:所得ZrW2O8粉体具有很好的负热膨胀特性,在20~600℃范围内的平均热膨胀系数为-6.82×10-6K-1。

溶胶-凝胶法合成亚微米α-ZrW_2O_8的研究

以分析纯氯氧化锆、钨酸铵、氨水和浓硝酸为原材料,采用溶胶-凝胶法合成前驱体,通过后热处理生成α-ZrW2O8.所合成的前驱体为无定形,其在650℃晶型转变完全,但是其转变产物不是ZrW2O8,而是单斜的WO3和ZrO2以及WO3·0.5H2O和W2O6(H2O).温度和时间参数对所合成的前驱体转变过程影响较大.实验结果表明:低于600℃的热处理温度前驱体无法转变成ZrW2O8粉末.前驱体在600℃保温10～18h,随着保温时间的延长,其转变成ZrW2O8的量也相应增加.但在600℃保温时间超过18h,或者热处理温度高于600℃,都使生成的ZrW2O8粉末发生分解.溶胶-凝胶法合成的ZrW2O8粉末颗粒经SEM分析发现,平均粒径在0.1～0.2μm.

新型“负热膨胀”氧化物材料

综述了近年来新发现的新型负热膨胀氧化物材料 AM_2O_8,AM_2O_7,A_2(MO_4)_3及其负热膨胀机理,并对其潜在的应用作了简单评述。

基于负膨胀材料的光纤Bragg光栅温度补偿研究

伴随着光纤通信技术的发展,光纤Bragg光栅已成为光纤通信的基本元件。由于光纤Bragg光栅的中心反射波长λB随着环境温度的起伏而发生漂移,为光纤Bragg光栅的应用带来很大困难。本文用负热膨胀系数陶瓷粉末ZrW2O8对光纤Bragg光栅进行了温度补偿,取得了一定的补偿效果,为深入研究奠定了一定的基础。

超低热膨胀材料研究进展

综述了近20年有关负膨胀系数化合物及其收缩机理的报道；重点介绍了超低热膨胀材料的新进展和各向同性的热收缩化合物及晶体的结构配位多面体的热转动收缩模型。

热处理工艺对水热合成ZrW_(2)O_(8)的影响

采用水热法制备了负热膨胀ZrW_(2)O_(8)材料,研究了煅烧温度和冷却方式对合成产物的影响。结果表明:对前驱体进行加热温度处理,在500~700℃能够合成ZrW_(2)O_(8),且600℃时合成的产物结晶度最高;当温度升至800℃,ZrW_(2)O_(8)严重分解。煅烧后的粉末经不同冷却方式处理后,水冷后的结晶度最高,炉冷其次,空冷的结晶度最低;前驱体经600℃煅烧6 h后,水冷冷却得到结晶度最高的ZrW_(2)O_(8),且粉体形状呈长条状和针状。

ZrW_(2)O_(8)/Cu复合材料的制备与热膨胀性能分析

研究采用放电等离子烧结法在600℃的低温下制备了高致密的ZrW_(2)O_(8)/Cu复合材料及其功能梯度材料。XRD分析表明ZrW_(2)O_(8)/Cu复合材料结晶性良好没有不纯物质产生。SEM显示ZrW_(2)O_(8)/Cu功能梯度材料在不同体积分数界面处实现了成分和微观组织的梯度过渡。热机械分析表明不同体积分数的ZrW_(2)O_(8)/Cu复合材料的热膨胀曲线与使用混合定律和Turner模型的预测基本一致,而且测量的ZrW_(2)O_(8)/Cu复合材料的热膨胀系数通过增加铜的含量可以从-7.96×10^(-6)/℃(ZrW_(2)O_(8))变化到2.98×10^(-6)/℃(30 vol%ZrW_(2)O_(8)/70vol%Cu)再变为极大值的11.6×10^(-6)/℃(70vol%ZrW_(2)O_(8)/30 vol%Cu)。