一种ZrW*O*/Al*O*纳米复合材料的制备方法技术

ＺｒＷ↓［２］Ｏ↓［８］／Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］纳米复合材料的制备方法，按照化学摩尔计量比１∶２称量Ｃ↓［１５］Ｈ↓［３６］Ｏ↓［５］Ｚｒ和ＷＯＣｌ↓［４］置于密闭容器中取出，在氩气气氛下，将Ｃ↓［１５］Ｈ↓［３６］Ｏ↓［５］Ｚｒ、ＷＯＣｌ↓［４］溶于２－Ｃ↓［３］Ｈ↓［８］Ｏ中形成混合溶液，将密闭容器置入水浴中，加热至６０～８０℃搅拌４～１０小时获得清澈透明溶液，停止加热，冷却至室温无沉淀析出；称量占溶液体积０．５～１％的纳米Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］粒子，在氩气气氛下，加入到溶液中，搅拌混合的同时水浴加热４０～６０℃，使得溶液呈凝胶状粒子；将复合胶体置入模腔中，在６０～１００℃的温度范围内施加６０～１００Ｍｐａ的压力热压成型；将坯材加热至９００～１０００℃，然后进行快速退火１～２分钟就可以得到最终的复合材料，本发明专利技术的优点在于：可从微观上尺度上对ＺｒＷ↓［２］Ｏ↓［８］／Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］纳米复合材料进行合成；所获得的复合胶体，易成型；降低了合成ＺｒＷ↓［２］Ｏ↓［８］的温度和时间。

Preparation method of ZrW*O*/Al*O* nano composite material

ZrW: 2 O: 8 / Al: 2: O 3 nano composite material preparation method, in accordance with the removal ratio of 1 to 2 moles of chemical metering weighing C down 15 H: 36 O: 5 Zr and WOCl: 4 in a sealed container in the argon atmosphere, will C down 15 H: 36 O: 5 Zr, WOCl: 4, 2C dissolved in the mixed solution of 3 forms: H: 8 O, the sealed container placed in a water bath, heating to 60 to 80 DEG C to 4 mixing 10 hours to get the clear solution, stop heating, cooling to room temperature without precipitation; weighing 0.5 ~ 1% for solution volume of nano Al 2: O: 3 particles in argon atmosphere, added to the solution, mixing At the same time, water bath heating 40 to 60 DEG C, the solution is gelatinous particles; the composite colloid placement in the cavity, in the temperature range of 60 ~ 100 DEG C within 60 ~ 100Mpa applied pressure molding; the billet is heated to 900 to 1000 DEG C, and then fast annealing 1 ~ 2 minutes to get composite materials finally, the invention has the advantages that: from the micro scale of ZrW: 2 O: 8 / Al: 2: O 3 nano composites were synthesized; composite colloid, obtained by easy molding; reduce the synthesis of ZrW: 2 O: 8 the temperature and time.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术专利涉及复合材料的制备领域，特指一种将正热膨胀系数Al2O3和负热膨胀系数ZrW2O8两相材料进行微观复合的制备方法。
技术介绍
材料的热膨胀系数一般为正，即加热膨胀，遇冷收缩。同样，也存在着材料的热膨胀系数为负，即加热收缩，遇冷膨胀。将具有负的热膨胀材料与正的热膨胀系数材料进行复合，从而能够实现对材料热膨胀性能可控，甚至达到材料的热膨胀为零，使其不受外界温度改变而导致材料尺寸变化所产生的应力作用。目前研究较多的具有负热膨胀性能的材料之一为ZrW2O8。它具有三个比较突出的性能具有比较宽的负热膨胀温度范围；其α相的负热膨胀系数比较大；具有各向同性1～4。ZrW2O8自其负热膨胀性能被认识始，其与正的热膨胀复合一直成为研究热点之一，以探索合成不受外界温度变化影响的具有零膨胀系数的复合材料，目前已经将其与Cu，Al，水泥，ZrO2进行复合5～9，但是目前在材料复合过程中出现的问题依旧未能解决，即两相之间的浸润问题，均匀分散问题，不易成型问题。两相不能相互浸润，其界面结合力不强，容易成为裂纹源，降低材料的强度；两相材料不能相互均匀分散，易导致组成相的局部团聚，也易成为裂纹源。此外，由于上述ZrW2O8与其他材料复合时，采用普通高温陶瓷烧结，则成型性较差。由于纳米粒子存在很大的界面自由能，粒子极易自发团聚，利用常规的共混方法不能消除无机纳米粒子与基体之间的高界面能差。因此，可将无机纳米粒子直接分散于有机基质中制备纳米复合材料，通过必要的超声波分散技术分散打开纳米粒子团聚体，将其均匀分散到基体材料中并与基体材料有良好的亲和性。目前为止，尚无将ZrW2O8与微纳米粒子复合方法的报道，更无采用超声波分散技术与溶胶-凝胶过程相结合来合成ZrW2O8/Al2O3纳米复合材料的报道。参考文献1.T.A.Mary，J.S.O.Evans，T.Vogt，A.W.Sleight，Negative Thermal Expansion from 0.3 to 1050 Kelvin inZrW2O8，Science，1996，Vol 272，90～922.J.S.O.Evans，Z.Hu，J.D.Jorgensen，D.N.Argyriou，S.Short，A.W.Sleight，Compressibility，Phase Transition，and Oxygen Migration in Zirconium Tungstate，ZrW2O8，Science，1997，Vol 275，61～653.C.A.Perottoni，J.A.H.da Jornada，Pressure-Induced Amorphization and Negative Thermal Expansion inZrW2O8，Science，1998，Vol 280，886～8894.G.Ernst，C.Broholm，G.R.Kowach，A.P.Ramirez，Phonon density of states and negative thermal expansion inZrW2O8，Nature，1998，Vol 396，147～1495.C.Verdon，D.C.Dunand，High-temperature reactivity in the ZrW2O8-Cu system，Scripta Materialia，1997，36(9)1037-1067 6.Eiki NIWA，Shuhji WAKAMIKO，Takaaki ICHIKAWA et al，Preparation of Dense ZrO2/ZrW2O8Cosintered Ceramics with Controlled Thermal Expansion Coefficients，Journal of the Ceramic Society ofJapan，2004，1305271-2757.Klaartje De Buysser，Petra Lommens，C.De.Meyer et al，ZrO2-ZrW2O8 composites with tailor-madethermal expansion，Journal Ceramics-silikaty，2004，48(4)139-1448.M.Kofteros，S.Rodriguez，V.Tandon et al，Preliminary study of thermal expansion compensation in cement byZrW2O8additions，Scripta Materialia，2001，45369-3749.Akihiro Matsumoto，Keizo Kobayashi，Toshiyuki Nishio et al，Fabrication and Thermal Expansion ofAl-ZrW2O8Composites by Pulse Current Sintering Process，Materials Science Forum，2003，426-4322279-2284
技术实现思路
为了克服两相材料之间的不浸润，不易均匀分散的缺点，实现复合材料的易成型性，特提出本专利技术专利。本专利技术将ZrW2O8的溶胶-凝胶合成工艺特性与超声波技术相结合，可以将具有负热膨胀性能的ZrW2O8与正热膨胀性能的纳米Al2O3进行微观复合，从而制备出纳米复合材料。本专利技术的目的是这样来实现的1、溶胶过程按照化学摩尔计量比1∶2称量C15H36O5Zr和WOCl4置于密闭容器中取出，在氩气气氛下，将C15H36O5Zr、WOCl4溶于2-C3H8O中形成混合溶液，将密闭容器置入水浴中，加热至60～80℃搅拌4～10小时可获得清澈透明溶液，停止加热，冷却至室温无沉淀析出。2、纳米Al2O3粒子的加入称量占溶液体积0.5～1％的纳米Al2O3粒子，在氩气气氛下，加入到溶液中，搅拌混合的同时水浴加热40～60℃，使得溶液呈凝胶状粒子。3、原始胚材的制备与后热处理将复合胶体置入模腔中，在60～100℃的温度范围内施加60～100Mpa的压力进行热压成型；将坯材加热至900～1000℃，然后进行快速退火1～2分钟就可以得到最终的复合材料。在溶胶过程中以WOCl4溶于2-C3H8O来计算调整混合溶液的摩尔浓度为0.08～0.5mol/l，在纳米Al2O3粒子的加入过程中，采用超声波装置进行分散混合1～3小时。本专利技术方法与现有制备ZrW2O8复合材料方法相比具有以下优势(1)将化学合成过程(溶胶-凝胶)和物理分散技术(超声波分散)相结合，可从微观上尺度上对ZrW2O8/Al2O3纳米复合材料进行合成；(2)所获得的复合胶体，易成型；(3)降低合成ZrW2O8的温度和时间(固相合成ZrW2O8温度区间为1100～1250℃，同时需要合成时间24小时至一星期之间)具体实施方式利用化学合成过程和物理分散技术合成ZrW2O8/Al2O3纳米复合材料，下面结合实例进一步说明。实例一1、凝胶过程在真空箱中按照化学摩尔计量比1∶2称量C15H36O5Zr和WOCl4置于密闭容器中取出；以WOCl4溶于2-C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＺｒＷ↓［２］Ｏ↓［８］／Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］纳米复合材料的制备方法，其特征在于：采用如下步骤制备ＺｒＷ↓［２］Ｏ↓［８］／Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］纳米复合材料：（１）溶胶过程按照化学摩尔计量比１∶２称量Ｃ↓［１５］Ｈ↓ ［３６］Ｏ↓［５］Ｚｒ和ＷＯＣｌ↓［４］置于密闭容器中取出，在氩气气氛下，将Ｃ↓［１５］Ｈ↓［３６］Ｏ↓［５］Ｚｒ、ＷＯＣｌ↓［４］溶于２－Ｃ↓［３］Ｈ↓［８］Ｏ中形成混合溶液，将密闭容器置入水浴中，加热至６０～８０℃搅拌４～１０小时可获得清澈透明溶液，停止加热，冷却至室温无沉淀析出；（２）纳米Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］粒子的加入称量占溶液体积０．５～１％的纳米Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］粒子，在氩气气氛下，加入到溶液中，搅拌混合的同时水浴加热４０～６０℃，使得溶液呈凝 胶状粒子；（３）原始胚材的制备与后热处理将复合胶体置入模腔中，在６０～１００℃的温度范围内施加６０～１００Ｍｐａ的压力进行热压成型；将坯材加热至９００～１０００℃，然后进行快速退火１～２分钟就可以得到最终的复合材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程晓农，严学华，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]