一种可控热膨胀材料ZrW2O8/ZrO2复合材料的制备方法技术

一种可控热膨胀ＺｒＷ↓［２］Ｏ↓［８］／ＺｒＯ↓［２］复合材料制备方法，属于功能陶瓷材料制备技术领域，具体为：称取钨酸铵溶于离子水中制成Ｗ↑［６＋］溶液；称取硝酸氧锆溶于去离子水中制成Ｚｒ↑［４＋］溶液；将Ｗ↑［６＋］溶液与Ｚｒ↑［４＋］溶液逐滴滴加到去离子水中，出现白色沉淀，边滴加边搅拌，同时加入氨水和硝酸调节混合盐溶液的ｐＨ值为７．５～９．５，待滴加完毕后，继续搅拌２～１０ｈ；将反应溶液静止１２～４８ｈ，进行老化处理，吸取上层清液，将剩余白色沉淀物在６０～１００℃烘干得到ＺｒＷ↓［２］Ｏ↓［８］／ＺｒＯ↓［２］复合材料的前驱体；所得前驱体于６００～７００℃保温２～６ｈ，取出空冷后研磨，在６０～１５０ＭＰａ下冷等静压成型，于１１３５～１１６０℃烧结２～６ｈ后在冰水中淬冷，烘干后得到ＺｒＯ↓［２］－ＺｒＷ↓［２］Ｏ↓［８］复合材料。本发明专利技术ＺｒＷ↓［２］Ｏ↓［８］和ＺｒＯ↓［２］两相材料混合均匀，高温烧结时间缩短，能耗低，易于操作和工业化。

Preparation method of controllable thermal expansion material ZrW2O8/ZrO2 composite material

A controlled thermal expansion of ZrW: 2 O: 8 / ZrO: 2 composite material preparation method, belongs to the technical field of ceramic material preparation, in particular to weigh ammonium tungstate ions in water soluble in W = 6 + was made from solution; weighing zirconyl nitrate dissolved in deionized the water made of 4 +: Zr = W = 6 solution; the positive solution with Zr = 4 + solution was added drop by drop into deionized water, white precipitate, edge drop of stirring, adding ammonia and nitrate regulation of mixed salt solution pH value of 7.5 ~ 9.5, to be added after. Continue stirring for 2 ~ 10h; the reaction solution is still 12 ~ 48h, aging treatment, absorb the supernatant, the remaining white precipitate in 60 ~ 100 DEG C so as to obtain ZrW: 2: O 8 / ZrO: 2 composite precursor; the precursor at 600 to 700 DEG C for 2 ~ 6h, remove the air cooling after grinding, at 60 ~ 150MPa cold isostatic pressing, from 1135 to 1160 DEG C 2 ~ 6h after sintering in ice water quenched, after drying ZrO 2: ZrW: 2 O: 8 composite materials. The invention of ZrW: 2 O: 8 and ZrO: 2. The two materials are mixed evenly, high temperature sintering time, low energy consumption, easy operation and industrialization.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于功能陶瓷材料制备
，特指一种可控热膨胀材料 ZrW208/Zr02复合材料的制备方法。
技术介绍
ZrW208是优良的各向同性的负热膨胀化合物，其在0.5 —1050K的温度范围 内负热膨胀系数高达-8.7X10'SK'1。 Zr02是一种重要的结构和功能材料，具有优 异的物理和化学性能。在0 1000'C之间的热膨胀系数约为10x10—6K—、与ZrW20s 的热膨胀系数绝对值相近，而且在烧结过程中Zr02与ZrW208之间不发生反应， 将具有负热膨胀性能的化合物与正膨胀材料按一定的方式与配比合成的复合材 料，可以实现精确控制材料的体膨胀系数。其潜在的应用领域有电学、光学、微 电子学、光纤通讯系统及日常生活。传统的釆用ZrW208与Zr02球磨混合、在高 温长时间烧结的方法制备Zr02-ZrW208复合材料，工艺复杂，合成时间长，混合 不均匀，且ZrW20s高温分解生成易挥发的W03，使得合成的复合材料偏离原化 学计量比；而采用Zr02和W03为原料，球磨混合后高温烧结，同样存在混合不均 匀的问题，且固相法易引入杂质，能耗大，制备周期长。到目前为止，尚没有采 用化学共沉淀法合成可控热膨胀ZrW2(VZr02复合材料的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于利用化学共沉淀法合成可控热膨胀ZrW208/Zr02复合材料。一种可控热膨胀ZrW2CVZr02复合材料制备方法，其特征在于采用化学共 沉淀法合成可控热膨胀ZrW208/Zr02复合材料，具体制备工艺为(1) 称取钨酸铵溶于离子水中，加热搅拌至完全溶解，制成W"溶液；称取硝酸 氧锆溶于去离子水中，加热搅拌至完全溶解，制成Zr"溶液。(2) 以双滴法将W"溶液与Zr"溶液逐滴滴加到去离子水中，出现白色沉淀，边 滴加边搅拌，在滴加和搅拌的过程中同时加入氨水和硝酸，调节W"、 Zr"混合 盐溶液的pH值为7.5 9.5，待滴加完毕后，继续搅拌2 10h;将反应溶液静止 12 48h，进行老化处理，吸取上层清液，将剩余白色沉淀物在60 10(TC烘干得到ZrW208ZZr02复合材料的前驱体。(3)将步骤2中所得前驱体于600 700'C保温2 6h，取出空冷后研磨，在60 150MPa下冷等静压成型，于1135 1160'C烧结2 6h后在冰水中淬冷，烘干后得 到Zr02-ZrW208复合材料。上述制备方法中，步骤1中称取钩酸铵溶于去离子水中配制成浓度为 0.2mol/L 0.8mol/L的W"溶液，称取硝酸氧锆溶于去离子水中配制成浓度为 0.2mol/L~0.8mol/L的Zr"溶液，试验过程中W"溶液和Zr"溶液的摩尔浓度相 同，以便控制滴加速度。上述制备方法中，步骤2中W"溶液与Z,+溶液按2: l的滴加速度逐滴滴加到 去离子水中，由于W"溶液和Zr"溶液的摩尔浓度相同，在滴入2滴W"溶液时滴 入l滴Z,+溶液。上述制备方法中，往步骤2中吸取的上层清液中滴加氨水洗涤，如上层清液 中不再产生白色沉淀物，则可认为反应完全。上述制备方法中，步骤3中的白色前驱体经冷等静压成型后置于封闭的铂金 坩埚内再进行烧结。本专利技术的优点在于利用化学共沉淀法合成可控热膨胀ZrW208/Zr02复合材 料，其中ZrWz08和Zr02两相材料混合均匀，縮短高温烧结时间，能耗低，易 于操作和工业化。 附图说明图1 ZrW208/Zr02复合材料的XRD图谱 图2 ZrW208/Zr02复合材料的SEM图谱图3表1所列ZrW20s/Zr02复合材料及其ZrW2O^B Zr02的热膨曲线图 No.l-实施例l， No.2-实施例2， No.3-实施例3， No.4-实施例4 具体实施例方式所用原料为H4oN1()041 W12 xH20 (分析纯)、ZrO(N03)2 5H20 (分析纯)、 HN03 (分析纯)、NH4OH (分析纯)。表1合成15g各种组份的Zr02-ZrW208复合材料所需的原料质量<table>table see original document page 5</column></row><table>实施例1 4分别按表1所列的合成不同组份的ZrOrZrW208复合材料所需的 原料进行称量。 实施例l称取6.4802g钨酸铵溶于去离子水中制成浓度为0.2mol/L的W"溶液，搅拌 并加热至完全溶解；称取23.6625g硝酸氧锆溶于去离子水中，制成0.2mol/L的 Zr"溶液；以双滴法将W"溶液和Z一+溶液按2: 1的滴加速度逐滴滴加到去离 子水中，出现白色沉淀，边滴加边强力搅拌，在滴加和搅拌的同时滴加氨水和硝 酸，调节W^、 Zr^+混合盐溶液的pH值为7.5;待滴加完毕后，继续搅拌2h, 将反应溶液静止12h,进行老化处理，吸取上层清液，将沉淀物在60'C烘干得到 白色前驱体。将前驱体在60(TC保温6h，取出空冷后研磨，在60MPa下冷等静 压成型，置于封闭的铂金坩埚内，在硅钼棒高温炉中于1135'C热处理6h，所得 样品在冰水中淬冷，烘干后得到质量比例为l: 1的Zr02-ZrW208复合材料。 实施例2称取4.3202g鸨酸铵溶于去离子水中制成浓度为0.4mol/L的W"溶液，搅拌 并加热至完全溶解；称取28.8126g硝酸氧锆溶于去离子水中，制成0.4mol/L的 Zr"溶液；以双滴法将W"溶液与Z,+溶液按2: 1的比例逐滴滴加到去离子水 中，出现白色沉淀，边滴加边强力搅拌，在滴加和搅拌的同时滴加氨水和硝酸， 调节W"、 Zr"混合盐溶液的pH值为8;待滴加完毕后，继续搅拌4h，将反应 溶液静止24h，进行老化处理，吸取上层清液，将沉淀物在70'C烘干得到白色前 驱体。将前驱体在630'C保温4h，取出空冷后研磨，在80MPa下冷等静压成型，置于封闭的铂金坩埚内，在硅钼棒高温炉中于114(TC热处理4h，所得样品在冰水中淬冷，烘干后得到质量比例为2: 1的Zr02-ZrW20s复合材料。实施例3称取3.7030g钨酸铵溶于去离子水中制成浓度为0.6mol/L的W"溶液，搅拌并 加热至完全溶解；称取30.285158硝酸氧锆溶于去离子水中，制成0.6mol/L的Zr" 溶液；以双滴法将W^溶液与Zr"溶液按2: l的比例逐滴滴加到去离子水中，出 现白色沉淀，边滴加边强力搅拌，在滴加和搅拌的同时滴加氨水和硝酸，调节 W6+、 Zr"混合盐溶液的pH值为8.5;待滴加完毕后，继续搅拌6h，将反应溶液静 止36h，进行老化处理，吸取上层清液，往清液中滴加氨水洗涤直至溶液中不再 产生白色沉淀物，将沉淀物在80'C烘干得到白色前驱体。将前驱体在66(TC保温 3h，取出空冷后研磨，在100MPa冷等静压成型，置于封闭的铂金坩埚内，在硅 钼棒高温炉中于115(TC热处理3h，所得样品在冰水中淬冷，烘干后得到质量比例 为2.5: 1的Zr02-ZrW208复合材料。 实施例4称取3.4107g钨酸铵溶于去离子水中制成浓度为0.8mol/L的W"溶液，搅拌并 加热至完全溶解；称取30.9811g硝酸氧锆溶于去离子水中，制成0.8mol/L的Zi^ 溶液；以双滴法将W"溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可控热膨胀ＺｒＷ↓［２］Ｏ↓［８］／ＺｒＯ↓［２］复合材料制备方法，其特征在于：采用化学共沉淀法合成可控热膨胀ＺｒＷ↓［２］Ｏ↓［８］／ＺｒＯ↓［２］复合材料，具体制备工艺为：　（１）称取钨酸铵溶于离子水中，加热搅拌至完全溶解，制成Ｗ↑［６＋］溶液；称取硝酸氧锆溶于去离子水中，加热搅拌至完全溶解，制成Ｚｒ↑［４＋］溶液；　（２）以双滴法将Ｗ↑［６＋］溶液与Ｚｒ↑［４＋］溶液逐滴滴加到去离子水中，出现白色沉淀，边滴加边搅拌，在滴加和搅拌的过程中同时加入氨水和硝酸，调节Ｗ↑［６＋］、Ｚｒ↑［４＋］混合盐溶液的ｐＨ值为７．５～９．５，待滴加完毕后，继续搅拌２～１０ｈ；将反应溶液静止１２～４８ｈ，进行老化处理，吸取上层清液，将剩余白色沉淀物在６０～１００℃烘干得到ＺｒＷ↓［２］Ｏ↓［８］／ＺｒＯ↓［２］复合材料的前驱体；　（３）将步骤２中所得前驱体于６００～７００℃保温２～６ｈ，取出空冷后研磨，在６０～１５０ＭＰａ下冷等静压成型，于１１３５～１１６０℃烧结２～６ｈ后在冰水中淬冷，烘干后得到ＺｒＯ↓［２］－ＺｒＷ↓［２］Ｏ↓［８］复合材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程晓农，张志萍，徐桂芳，刘红飞，杨娟，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]