本发明专利技术涉及一种Ca1‑x‑ySrxBayZr4(PO4)6超低热膨胀陶瓷材料及其制备方法，属于低热膨胀陶瓷领域。本发明专利技术的陶瓷材料为热膨胀系数可调节的NZP族三元固溶体型Ca1‑x‑ySrxBayZr4(PO4)6磷酸盐陶瓷材料，其中1350℃‑1450℃烧结的Ca0.55‑0.45Sr0.3Ba0.15‑0.25Zr4(PO4)6属于超低热膨胀陶瓷材料。本发明专利技术中制备陶瓷的原料粉体采用共沉淀法制备，此法克服了固相合成法的烧结温度太高以及组成分布不均匀的劣势。此法制备的粉体还具有产品纯度高、产率高、粉体烧结活性好、生产工艺简单，便于推广应用等优点。
【技术实现步骤摘要】
一种Ca1-x-ySrxBayZr4(PO4)6超低热膨胀陶瓷材料及其制备方法
本专利技术涉及一种Ca1-x-ySrxBayZr4(PO4)6超低热膨胀陶瓷材料及其制备方法，属于低热膨胀陶瓷领域。
技术介绍
低热膨胀是材料专业的科学家一直在探索的材料性能，其在航天航空、精密测量、发动机等许多方面具有重要的价值应用[1]，而NZP族材料可以满足这个要求。锆磷酸钠NaZr2P3O12简称为NZP，是一族具有特殊结构的功能陶瓷材料。当Na+被不同的M离子替代时，随着温度升高，M-O键增长，而P-O键、Zr-O键基本不变，使得O-P-O及Zr-O-P的键角发生变化，宏观上表现为材料的热膨胀系数发生改变[2]，因此，在低热膨胀陶瓷领域有良好的前景[3]。但是，纯的NZP族化合物很难烧结，如利用固相法制备的NZP族粉体至少需要1500℃以上高温并且保温48h以上，才能良好烧结；同时，目前研究的Ca1-x-ySrxZr4(PO4)6、Ca1-x-yBayZr4(PO4)6陶瓷最低的平均线热膨胀系数分别为0.22×10-6/℃、0.5×10-6/℃。本专利技术把SrZr4(PO4)6、BaZr4(PO4)6与具有相悖热膨胀各异向性的组成CaZr4(PO4)6互溶，形成三元固溶体Ca1-x-ySrxBayZr4(PO4)6陶瓷材料。在提高材料易烧结性的同时，降低材料的热膨胀系数。
技术实现思路
本专利技术的目的在于以NZP陶瓷为基体，由Ca2+、Sr2+、Ba2+复合取代Na+，提供一种具有超低热膨胀特性的Ca1-x-ySrxBayZr4(PO4)6磷酸盐陶瓷材料，以及一种简便的Ca1-x-ySrxBayZr4(PO4)6陶瓷材料的制备方法。本专利技术的材料的化学组成式为Ca1-x-ySrxBayZr4(PO4)6，当x=0.3、y=0.15-0.25时材料属于超低热膨胀陶瓷。本专利技术技术方案为：一种简便的Ca1-x-ySrxBayZr4(PO4)6陶瓷材料的制备方法。其中，x取值为0.1-0.9，y取值为0.1-0.9。（1）按照设计的配方，分别称取CaCO3、SrCO3、BaCO3、ZrOCl2·8H2O以及(NH4)2HPO4。配制浓度为0.5-1mol/L的ZrOCl2·8H2O水溶液，将SrCO3、BaCO3和CaCO3相继加入其中，并搅拌均匀。配制浓度为1-1.5mol/L的(NH4)2HPO4水溶液，将含Ca2+、Sr2+、Ba2+、Zr4+的混合溶液滴加到(NH4)2HPO4溶液中，并在反应过程中滴加氨水保持在碱性环境（8≤pH≤9.5）下反应。形成的共沉淀物用蒸馏水洗涤并用乙醇进行分散，之后将沉淀物置于干燥箱中在60-80℃下干燥至恒重。（2）共沉淀物经过温度900-1000℃煅烧4-6h，将煅烧得到的粉体球磨4-6h后干燥，然后过筛、造粒、成型，在温度1350-1450℃下烧结。本专利技术的有益效果：用于煅烧后制得原料粉体的前驱体采用共沉淀法制备，其克服了因为固相合成法的烧结温度太高以及组成分布不均匀的劣势。此法制备粉体还具有产品纯度高、产率高、粉体烧结活性好、生产工艺简单等优势，便于推广应用。附图说明图1为实施例1制备的Ca0.55Sr0.3Ba0.15Zr4(PO4)6粉体的XRD图谱。图2为实施例2制备的Ca0.5Sr0.3Ba0.2Zr4(PO4)6粉体的XRD图谱。图3为实施例3制备的Ca0.45Sr0.3Ba0.25Zr4(PO4)6粉体的XRD图谱。具体实施方式下面结合实例对本专利技术的特点作进一步描述，但是并非仅仅局限于下述实施例。实施例１（1）按照x=0.3，y=0.15计算出原料CaCO3、SrCO3、BaCO3、ZrOCl2·8H2O以及(NH4)2HPO4的质量，然后用天平分别称取。将ZrOCl2·8H2O溶于蒸馏水中形成浓度为1mol/L的水溶液，(NH4)2HPO4溶于蒸馏水中形成浓度为1.5mol/L的水溶液，并分别置于磁力搅拌器上搅拌均匀。将SrCO3、BaCO3和CaCO3相继加入已配好的ZrOCl2·8H2O的水溶液中，并于磁力搅拌器上搅拌均匀。将上述混合溶液用分液漏斗匀速滴加到(NH4)2HPO4溶液中，并在反应过程中滴加氨水保持在8.5≤pH≤9的碱性环境下反应。形成的共沉淀物先经过三到四次蒸馏水过滤之后，再用乙醇进行分散，之后将沉淀物置于干燥箱中在80℃下干燥至恒重。（2）将干燥后的沉淀物进行研磨，后再经过900℃煅烧6h，将煅烧得到的粉体球磨6h后干燥，然后过60目筛。（3）将粉体进行造粒、压片成型。将压好的片在1350℃下保温4h进行烧结。对Ca0.55Sr0.3Ba0.15Zr4(PO4)6材料进行测试，在900℃条件下煅烧所得粉体的XRD图谱见图1，表明共沉淀产物经高温煅烧后完全转化为所需要的Ca0.55Sr0.3Ba0.15Zr4(PO4)6化合物形式的晶体物质。热膨胀系数测试得Ca0.55Sr0.3Ba0.15Zr4(PO4)6在温度20-800℃的平均线热膨胀系为1.762×10-6/℃，属于超低热膨胀陶瓷材料。实施例2（1）按照x=0.3，y=0.2计算出原料CaCO3、SrCO3、BaCO3、ZrOCl2·8H2O以及(NH4)2HPO4的质量，然后用天平分别称取。将ZrOCl2·8H2O溶于蒸馏水中形成浓度为0.7mol/L的水溶液，(NH4)2HPO4溶于蒸馏水中形成浓度为1.2mol/L的水溶液，并分别置于磁力搅拌器上搅拌均匀。将CaCO3、SrCO3、BaCO3相继加入已配好的ZrOCl2·8H2O的水溶液中，并分别于磁力搅拌器上搅拌均匀。将上述混合溶液用分液漏斗匀速滴加到(NH4)2HPO4溶液中，并在反应过程中滴加氨水保持在8.7≤pH≤9.2的碱性环境下反应。形成的共沉淀物先经过三到四次蒸馏水过滤之后，再用乙醇进行分散，之后将沉淀物置于干燥箱中在70℃下干燥至恒重。（2）将干燥后的沉淀物进行研磨，后再经过950℃煅烧5h，将煅烧得到的粉体球磨5h后干燥，然后过60目筛。（3）将粉体进行造粒、压片成型。将压好的片在1400℃下保温4h进行烧结。对Ca0.5Sr0.3Ba0.2Zr4(PO4)6材料进行测试，在950℃条件下煅烧后的陶瓷粉体的XRD图谱见图2，表明共沉淀产物经高温煅烧后完全转化为所需要的Ca0.5Sr0.3Ba0.2Zr4(PO4)6化合物形式的晶体物质。热膨胀系数测试得Ca0.5Sr0.3Ba0.2Zr4(PO4)6在温度20-800℃的平均线热膨胀系为0.197×10-6/℃，属于超低热膨胀陶瓷材料。实施例3（1）按照x=0.3，y=0.25计算出原料CaCO3、SrCO3、BaCO3、ZrOCl2·8H2O以及(NH4)2HPO4的质量，然后用天平分别称取。将ZrOCl2·8H2O溶于80ml蒸馏水中形成浓度为0.5mol/L的水溶液，(NH4)2HPO4溶于60ml蒸馏水中形成浓度为1mol/L的水溶液，并分别置于磁力搅拌器上搅拌均匀。将CaCO3、SrCO3、BaCO3相继加入已配好的ZrOCl2·8H2O的水溶液中，并于磁力搅拌器上搅拌均匀。将上述混合溶液用分液漏斗匀速滴加到(NH4)2HPO4溶液中，并在反应过程中滴本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有超低热膨胀特性的磷酸盐陶瓷Ca1‑x‑ySrxBayZr4(PO4)6，其特征在于该材料为一类热膨胀系数连续可调的NZP族三元固溶体型磷酸盐陶瓷材料的一种新的组成，其中x=0.3、y=0.15 ‑ 0.25的材料属于超低热膨胀陶瓷材料。
【技术特征摘要】
1.一种具有超低热膨胀特性的磷酸盐陶瓷Ca1-x-ySrxBayZr4(PO4)6，其特征在于该材料为一类热膨胀系数连续可调的NZP族三元固溶体型磷酸盐陶瓷材料的一种新的组成，其中x=0.3、y=0.15-0.25的材料属于超低热膨胀陶瓷材料。2.根据权利要求1所述的具有超低热膨胀特性的Ca1-x-ySrxBayZr4(PO4)6粉体的制备采用共沉淀法，其特征在于：⑴以化学纯CaCO3、SrCO3、BaCO3...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘福田，宋圆圆，周媛媛，汪洋，李兰，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东,37
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