一种具有超宽温度下近零膨胀系数的陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及近零膨胀陶瓷材料技术领域，具体涉及一种具有超宽温度下近零膨胀系数的陶瓷材料及其制备方法，该陶瓷材料具有超宽温度下近零膨胀系数，包括Ta

【技术实现步骤摘要】
一种具有超宽温度下近零膨胀系数的陶瓷材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及近零膨胀陶瓷材料
，具体涉及一种具有超宽温度下近零膨胀系数的陶瓷材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]负热膨胀行为是材料中一种有趣的物理现象。众所周知，大部分材料在遇热时，都会发生膨胀的现象，少数材料在遇热时，会发生收缩现象，这种奇异的现象值得我们去探究。这种热胀冷缩的效应会影响材料的稳定性和可靠性，容易导致材料的性能降低。也有些材料在高温时，其膨胀系数表现为负的。表现为负热膨胀的材料，一般是由于晶格在加热时收缩导致的，还有些因素是由于原子间的横向振动、几何结构的灵活性和低频声子的作用等。许多精密仪器的部件的尺寸需要在一定温度区域内保持基本不变的近零膨胀材料。
[0003]市面上制备陶瓷复合材料所用到的氧化锆、氧化铝、氧化硅等材料，均为具有正热膨胀的系数，因此导致陶瓷复合材料在烧结成型后，尺寸变化差异大，具有一定的内应力。因此，有部分陶瓷复合材料中会加入负热膨胀系数材料。许多负热膨胀材料容易在高温下产生相变，相变前后的膨胀系数差别大，就会导致陶瓷复合材料的硬度降低、稳定性差，不利于得到的陶瓷复合材料的广泛使用。
[0004]目前所发现的近零高温膨胀材料较少，近零膨胀的陶瓷材料性能也未能得到改进。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了克服现有的陶瓷材料添加现有多种负热膨胀材料后不耐高温，容易在高温下产生相变，相变前后的膨胀系数差别大，会导致陶瓷材料的硬度较低、稳定性差的缺陷，提供一种具有超宽温度下近零膨胀系数的陶瓷材料及其制备方法，该陶瓷材料的膨胀系数能够在超宽温度下均接近于零，并且耐高温，具有高硬度、好的稳定性，应用广泛，同时制备工艺简单，成本低，适合于工业化生产。
[0006]为了实现上述目的，第一方面，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种陶瓷材料，其具有超宽温度下近零膨胀系数，包括Ta
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Mo
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和氧化镁，所述Ta
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Mo
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的含量占所述陶瓷材料总量的97.5
‑
99.4wt％，所述氧化镁的含量占所述陶瓷材料总量的0.6
‑
2.5wt％。
[0008]优选地，所述Ta
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Mo
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O
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为四方相晶体结构。
[0009]优选地，所述Ta
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Mo
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O
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的含量占所述陶瓷材料总量的98
‑
99.4wt％，所述氧化镁的含量占所述陶瓷材料总量的0.6
‑
2wt％。
[0010]优选地，所述氧化镁的含量占所述陶瓷材料总量的1
‑
2wt％，所述Ta
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Mo
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的含量占所述陶瓷材料总量的98
‑
99wt％。
[0011]优选地，所述超宽温度为20
‑
800℃。
[0012]本专利技术第二方面提供前述第一方面所述陶瓷材料的制备方法，包括：称取原料
Ta2O5、MoO3与氧化镁，进行研磨混合、成型，然后进行烧结合成。
[0013]优选地，所述Ta2O5和MoO3的用量按照摩尔比Ta∶Mo＝1∶2.25配比。
[0014]优选地，所述氧化镁的用量使得满足所制备得到的陶瓷材料中氧化镁的含量。
[0015]优选地，所述烧结合成的条件包括：烧结温度为1000
‑
1200℃，烧结时间为4
‑
7h。
[0016]与现有技术相比，本专利技术至少具有如下有益效果：
[0017]上述方案中提供的陶瓷材料，具有上述适宜含量的特定组分，其膨胀系数能够在超宽温度下均接近于零，尤其能实现在高温下的近零膨胀性能，且表现为线性，解决了现有的陶瓷材料出现的硬度较低、稳定性差的问题。本专利技术的陶瓷材料耐高温，具有高硬度、好的稳定性，应用广泛，同时制备工艺简单，成本低，适合于工业化生产，可望在生物医用材料、航空航天装备、精密仪器等高
获得应用。
[0018]其中，本专利技术所含的适宜量氧化镁能够与Ta
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具有协同作用，一方面，氧化镁能对Ta
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的膨胀性能进行调控，从而利于调控陶瓷材料的负热膨胀系数在超宽温度下均接近于零，耐高温；另一方面，能够提高陶瓷材料的紧密性，提高陶瓷材料的粘结性，从而提高陶瓷材料的硬度和稳定性，且硬度呈线性增加。
附图说明
[0019]图1为实施例1合成的陶瓷材料的XRD图谱；
[0020]图2为实施例1合成的陶瓷材料的相对长度随温度的变化曲线；
[0021]图3为实施例2合成的陶瓷材料的相对长度随温度的变化曲线；
[0022]图4为对比例1合成的陶瓷材料的XRD图谱；
[0023]图5为对比例1合成的陶瓷材料的相对长度随温度的变化曲线；
[0024]图6为对比例2合成的陶瓷材料的相对长度随温度的变化曲线；
[0025]图7为对比例3合成的陶瓷材料的相对长度随温度的变化曲线；
[0026]图8为对比例4合成的陶瓷材料的相对长度随温度的变化曲线；
[0027]图9是实施例1合成的陶瓷材料的TG曲线。
具体实施方式
[0028]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0029]第一方面，本专利技术提供一种陶瓷材料，其具有超宽温度下近零膨胀系数，包括Ta
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和氧化镁，所述Ta
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的含量占所述陶瓷材料总量的97.5
‑
99.4wt％，所述氧化镁的含量占所述陶瓷材料总量的0.6
‑
2.5wt％。
[0030]本专利技术提供的陶瓷材料，由于具有适宜含量的Ta
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和氧化镁，能够耐高温，在超宽温度下均具有近零膨胀系数，且陶瓷材料具有较高硬度和高稳定性，能够满足要求。其中，氧化镁既能够起到粘合剂的作用，又能调控Ta
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的膨胀系数更近于零，利于提高陶瓷材料的硬度和近零膨胀系数等综合性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷材料，其特征在于，其具有超宽温度下近零膨胀系数，包括Ta
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Mo
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和氧化镁，所述Ta
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Mo
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O
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的含量占所述陶瓷材料总量的97.5
‑
99.4wt％，所述氧化镁的含量占所述陶瓷材料总量的0.6
‑
2.5wt％。2.根据权利要求1所述的陶瓷材料，其特征在于，所述Ta
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为四方相晶体结构。3.根据权利要求1所述的陶瓷材料，其特征在于，所述Ta
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的含量占所述陶瓷材料总量的98
‑
99.4wt％，所述氧化镁的含量占所述陶瓷材料总量的0.6
‑
2wt％。4.根据权利要求3所述的陶瓷材料，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：高其龙，郑义，刘俊杰，夏端阳，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：