低膨胀ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料及其制备方法技术

低膨胀ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料及其制备方法，它涉及低膨胀ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料及其制备方法。本发明专利技术是要解决现有ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料采用机械混合方法烧结时间长、ZrW2O8容易分解，得到的ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料致密度不高，水淬以后坯体容易产生裂纹；而固相反应法则需要反复烧结，实验操作过程复杂，得到的材料致密度也不高的问题。制备方法：一、称量；二、混料；三、烧结。本发明专利技术用于低膨胀ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料的制备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及低膨胀ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料及其制备方法。
技术介绍
ZrW2O8因在0.3～1050K的宽温度范围内具有各向同性的负膨胀性能而具有潜在的应用价值，其负膨胀系数可达-9.0×10-6℃-1。ZrO2是重要的结构与功能材料之一，具有优异的物理和化学性能。ZrO2在1～1000℃之间的热膨胀系数为10×10-6℃-1与ZrW2O8的热膨胀系数的绝对值相近，且在加热过程中二者不发生相互反应。因此，将ZrO2与ZrW2O8复合可制备出热膨胀系数可控的ZrO2/ZrW2O8防热复合材料，这种复合材料可进一步降低温度变化对航空器服役过程中尺寸精度的影响，从而提高零部件精度或避免由于材料间热膨胀系数不匹配及温度剧烈变化所造成的热应力破坏，最大限度地减少高温材料的内应力，增加材料的抗热冲击强度，在航空/航天等领域将具有重要的应用价值。目前，对ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料的研究还不是很多，有P.lemmens、E.Niwa和杨新波等人研究了采用机械混合方法和原位反应法制备ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料，并得到了零膨胀的ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料。Lommens等人研究了ZrO2含量不同的ZrO2/ZrW2O8的复合材料，ZrO2/ZrW2O8陶瓷基复合材料的热膨胀系数随着复合材料中ZrW2O8含量的增加而减小，膨胀系数不完全遵从混合定则，补偿ZrO2正膨胀所需的ZrW2O8少于按混合定则计算得到的体积分数。Al2O3可作为助烧剂加入ZrO2/ZrW2O8中，使烧结体密度明显增加。Niwa等人的研究表明：当ZrO2/ZrW2O8质量比为2:1时所得样品的热膨胀系数几乎为0，少量Al2O3(小于0.25wt％)的加入可以有效提高复合材料的致密度，同时对复合材料的热膨胀性能影响很小。我国的杨新波等人也用传统方法制备出了ZrO2/ZrW2O8陶瓷基复合材料，且当ZrW2O8的体积分数为37％时，复合材料的热膨胀系数为零。但在已有的制备方法中，机械混合方法烧结时间长、ZrW2O8容易分解，得到的ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料致密度不高，水淬以后坯体容易产生裂纹。固相反应法则需要反复烧结，实验操作过程复杂，得到的材料致密度也不高。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料采用机械混合方法烧结时间长、ZrW2O8容易分解，得到的ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料致密度不高，水淬以后坯体容易产生裂纹；而固相反应法则需要反复烧结，实验操作过程复杂，得到的材料致密度也不高的问题，而提供 低膨胀ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料及其制备方法。本专利技术低膨胀ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料按重量份数由160份ZrO2和30份WO3制成；所述ZrO2的纯度≥99.98％，粒度为20nm～40nm；所述WO3的纯度≥99.9％，平均粒度为40nm。本专利技术低膨胀ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料的制备方法是按以下步骤进行：一、称量：按重量份数称取160份ZrO2和30份WO3；二、混料：将步骤一称取的160份ZrO2和30份WO3混合然后溶于酒精中，得到预混料，将预混料放入行星式球磨机中球磨12h～18h，球磨过程中采用Al2O3磨球，球磨后得到混合粉体；所述混合粉体中Al2O3的含量为1％；三、烧结：将步骤二得到的混合粉体静置至酒精挥发完全，然后烘干磨细压制成Φ40×5mm的坯体，然后将Φ40×5mm的坯体在100～200MPa的压力下经过冷等静压，然后再放入热压烧结炉或无压烧结炉中，将炉温在2h内从室温匀速升温至1150℃～1250℃，然后在温度为1150℃～1250℃的条件下保温6h，然后从1150℃～1250℃降温至室温，得到密实坯体材料，即低膨胀ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料；所述热压烧结炉的压力为30MPa。本专利技术低膨胀ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料按重量份数由180份ZrO2和45份ZrW2O8制成；所述ZrO2的纯度≥99.98％，粒度为20nm～40nm；所述ZrW2O8的纯度≥99.7％，平均粒度为200nm。本专利技术低膨胀ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料的制备方法是按以下步骤进行：一、称量：按重量份数称取180份ZrO2和45份ZrW2O8；二、混料：将步骤一称取的180份ZrO2和45份ZrW2O8混合然后溶于酒精中，得到预混料，将预混料放入行星式球磨机中球磨12h～18h，球磨过程中采用Al2O3磨球，球磨后得到混合粉体；所述混合粉体中Al2O3的含量为1％；三、烧结：将步骤二得到的混合粉体静置至酒精挥发完全，然后烘干磨细压制成Φ40×5mm的坯体，然后将Φ40×5mm的坯体在100～200MPa的压力下经过冷等静压，然后再放入热压烧结炉或无压烧结炉中，将炉温在2h内从室温匀速升温至1150℃～1250℃，然后在温度为1150℃～1250℃的条件下保温6h，然后从1150℃～1250℃降温至室温，得到密实坯体材料，即低膨胀ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料；所述热压烧结炉的压力为30MPa。本专利技术的优点是：1、本专利技术采用热压烧结有助于烧结颗粒相互接触反应，使烧结体的致密度提高，还能减少烧结时间、降低烧结温度。2、本专利技术采用原位反应法合成ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料省去ZrW2O8的合成步骤，降 低了生产成本；ZrO2直接与原位反应形成的ZrW2O8复合成复合材料，使形成的复合材料更加纯净、致密、均匀。由于烧结炉压力的限制，本专利技术采用冷静压成型，然后经过热压或无压烧结工艺，通过原材料的合理配比、成分以及烧结工艺使得烧结后的ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料致密度高、烧结坯质量好和热膨胀系数低。附图说明图1为实施例一制得的低膨胀ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料的XRD衍射图；图2为实施例二制得的低膨胀ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料的XRD衍射图；图3为实施例三制得的低膨胀ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料的XRD衍射图；图4为实施例四制得的低膨胀ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料的XRD衍射图；图5为实施例三制得的低膨胀ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料的SEM图；图6为实施例四制得的低膨胀ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料的SEM图；图7为实施例一制得的低膨胀ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料的SEM图；图8为实施例二制得的低膨胀ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料的SEM图；图9是实施例一至实施例三制得的低膨胀ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料的热膨胀系数的曲线图，其中●表示实施例二制得的低膨胀ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料，■表示实施例一制得的低膨胀ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料，▲表示实施例三制得的低膨胀ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式低膨胀ZrO2/ZrW本文档来自技高网...

【技术保护点】
低膨胀ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料，其特征在于低膨胀ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料按重量份数由160份ZrO2和30份WO3制成；所述ZrO2的纯度≥99.98％，粒度为20nm～40nm；所述WO3的纯度≥99.9％，平均粒度为40nm。

【技术特征摘要】
1.低膨胀ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料，其特征在于低膨胀ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料
按重量份数由160份ZrO2和30份WO3制成；所述ZrO2的纯度≥99.98％，粒度为
20nm～40nm；所述WO3的纯度≥99.9％，平均粒度为40nm。
2.如权利要求1所述的低膨胀ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于低
膨胀ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料的制备方法是按以下步骤进行：
一、称量：按重量份数称取160份ZrO2和30份WO3；
二、混料：将步骤一称取的160份ZrO2和30份WO3混合然后溶于酒精中，得到预混
料，将预混料放入行星式球磨机中球磨12h～18h，球磨过程中采用Al2O3磨球，球磨后得到
混合粉体；所述混合粉体中Al2O3的含量为1％；
三、烧结：将步骤二得到的混合粉体静置至酒精挥发完全，然后烘干磨细压制成Φ40
×5mm的坯体，然后将Φ40×5mm的坯体在100～200MPa的压力下经过冷等静压，然后再
放入热压烧结炉或无压烧结炉中，将炉温在2h内从室温匀速升温至1150℃～1250℃，然后
在温度为1150℃～1250℃的条件下保温6h，然后从1150℃～1250℃降温至室温，得到密实
坯体材料，即低膨胀ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料；所述热压烧结炉的压力为30MPa。
3.根据权利要求2所述的低膨胀ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于
步骤二中将预混料放入行星式球磨机中球磨15h。
4.根据权利要求2所述的低膨胀ZrO2/ZrW2O8陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于
步骤三中将炉温在2h内从室温匀速升温至1215℃。
5.低膨胀ZrO2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李金平，李玉含，孟松鹤，杨程，侯一心，解维华，易法军，许承海，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23