立方ZrW2O8结构类型化合物的制备及其热膨胀性能研究

论文摘要

热膨胀通常是指外界压强不变的情况下,物体因温度改变而发生的膨胀现象。绝大多数物质温度升高时,体积增大,温度降低时,体积缩小,即热胀冷缩现象。热胀冷缩产生的热应力常影响器件的长期使用。然而,有少数几种材料,它们会随着温度的变化而“热缩冷胀”,这一类材料称之为负膨胀材料。若将负膨胀材料和正膨胀材料复合,可制备出膨胀系数可控的复合材料。这类复合材料必将有广泛的应用前景。1996年美国学者Mary TA等在《science》报道ZrW208具有各向同性大的负热膨胀系数。优异的负膨胀性能和潜在的应用前景,使ZrW208的基础理论、物理性能、实验室制备及工业应用等方面都得到了广泛的研究。本论文用快速烧结合成技术制备了一系列具备立方相ZrW208结构类型化合物Zr1-xMxW2O8 （M=Hf, Sn,Y）及ZrO2/ZrW208复合材料,并对样品进行了测试分析,结果如下：1、采用快速烧结技术制备了立方ZrW208结构化合物和Zr02/ZrW208复合材料,该方法与其它合成方法相比,具有快速、节能、环保、低成本等优点,适用于工业化大规模生产。2、通过常温XRD对Zr1-xMxW2O8结构进行分析,证明用Hf4+,Sn4+,Y3+取代Zr4+没有破坏ZrW208特有的晶胞结构,但是导致了晶格常数的改变。说明Zr1-xMxW2O8固溶体在常温下和α-ZrW2O8具有相同的立方晶胞结构,空间群为P213。首次采用变温Raman散射分析表明固溶体α相向β相转变的相变温度随Hf替代量的增加而升高,而随Sn和Y替代量的增加而降低。3、采用快速烧结技术制备了可控热膨胀Zr02/ZrW208复合材料。从拉曼光潜图中可看出高温烧结制备Zr02/ZrW208复合材料的组分为立方相α-ZrW2O8和单斜相m-ZrO2。变温拉曼发现,当温度高于430K时,复合材料的拉曼峰在735 cm-1处显著地减小。说明ZrW208在430K发生相变：α-ZrW2O8→β-ZrW2O8。实践证明,少量添加物常会明显的改变烧结速度。因此添加一定量的Y203能显著改善材料的烧结性能,提高复合陶瓷的致密度。通过XRD分析,ZrW208在复合材料制备中没有分解。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 负膨胀材料发展的发展历程
• 1.2 负膨胀材料类型
• 1.3 负膨胀材料制备技术
• 1.4 负热膨胀材料热缩机理研究现状
• 1.4.1 热膨胀机理与热膨胀系数
• 1.4.2 负膨胀机理
• 2O₈结构类型化合物的研究进展'>1.5 立方ZrW₂O₈结构类型化合物的研究进展
• 2O₈陶瓷的研究现状及应用'>1.5.1 ZrW₂O₈陶瓷的研究现状及应用
• 2O₈结构类型化合物研究现状'>1.5.2 立方ZrW₂O₈结构类型化合物研究现状
• 1.6 论文研究的目的、内容和意义
• 2 实验部分
• 2.1 快速烧结合成技术
• 2.1.1 原料及原料的处理
• 2.1.2 固相反应
• 2.1.3 烧结
• 2.2 陶瓷烧结方式
• 2.3 烧结设备
• 2.4 材料表征
• 2.4.1 X射线衍射分析
• 2.4.2 Raman光谱分析
• 2.4.3 热膨胀系数测量
• 2O₈结构类型化合物的合成和表征'>3 具有立方ZrW₂O₈结构类型化合物的合成和表征
• 2O₈'>3.1 快速烧结合成ZrW₂O₈
• 3.1.1 样品XRD分析与拉曼光谱分析
• 2O₈陶瓷的性能'>3.1.2 ZrW₂O₈陶瓷的性能
• 1-xM_xW₂O₈（M=Hf,Sn,Y）系列固溶体'>3.2 快速烧结合成Zr_1-xM_xW₂O₈（M=Hf,Sn,Y）系列固溶体
• 3.2.1 同价取代固溶体
• 3.2.2 异价取代固溶体
• 3.3 本章小结
• 2O₈复合材料的制备'>4 陶瓷基ZrW₂O₈复合材料的制备
• 4.1 复合材料概述
• 2的性质及应用'>4.2 ZrO₂的性质及应用
• 2/ZrW₂O₈复合材料'>4.3 快速烧结合成制备ZrO₂/ZrW₂O₈复合材料
• 4.3.1 原位合成法简介
• 4.3.2 实验过程
• 4.3.3 样品XRD分析与拉曼光谱分析
• 2O₃对ZrO₂/ZrW₂O₈复合材料的影响'>4.4 添加少量Y₂O₃对ZrO₂/ZrW₂O₈复合材料的影响
• 2/ZrW₂O₈复合材料的结构'>4.4.1 ZrO₂/ZrW₂O₈复合材料的结构
• 2/ZrW₂O₈复合材料的热膨胀性能'>4.4.2 ZrO₂/ZrW₂O₈复合材料的热膨胀性能
• 2O₃/ZrW₂O₈复合材料的尝试性研究'>4.5 Al₂O₃/ZrW₂O₈复合材料的尝试性研究
• 4.6 本章小结
• 5 全文总结
• 参考文献
• 致谢