一种负热膨胀系数材料TaMIV(PO4)3及其制备方法技术

技术编号：41198473 阅读：3 留言：0更新日期：2024-05-07 22:26

本发明专利技术属于热膨胀材料领域，公开一种负热膨胀系数材料TaM<supgt;IV</supgt;(PO<subgt;4</subgt;)<subgt;3</subgt;及其制备方法。M<supgt;IV</supgt;=Zr或Hf。（1）、按照目标产物TaM<supgt;IV</supgt;(PO<subgt;4</subgt;)<subgt;3</subgt;的化学计量摩尔比Ta∶M<supgt;IV</supgt;∶P=1∶1∶3，称取原料Ta<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;、M<supgt;IV</supgt;O<subgt;2</subgt;、NH<subgt;4</subgt;H<subgt;2</subgt;PO<subgt;4</subgt;，然后加入占Ta<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;、M<supgt;IV</supgt;O<subgt;2</subgt;和NH<subgt;4</subgt;H<subgt;2</subgt;PO<subgt;4</subgt;三者原料质量总和3~12 wt.%的V<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;，研磨至混合均匀，将得到的混合粉末在500~700℃下烧结6~10 h；（2）、将步骤（1）所得烧结产物研磨成粉然后压片并在1200~1300℃烧结6~24 h，冷却至室温后，得到目标产物TaM<supgt;IV</supgt;(PO<subgt;4</subgt;)<subgt;3</subgt;。本发明专利技术发现了新的NZP材料TaM<supgt;IV</supgt;(PO<subgt;4</subgt;)<subgt;3</subgt;，通过对这些材料的热膨胀测试发现，本发明专利技术TaM<supgt;IV</supgt;(PO<subgt;4</subgt;)<subgt;3</subgt;系列材料具有负热膨胀性能，其合成过程简单可靠，重复性高。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于热膨胀材料领域，具体涉及一种负热膨胀系数材料tamiv(po4)3及其制备方法。

技术介绍

1、传统材料通常在受热时会膨胀，在降温时会收缩。然而，在某些应用中，特别是需要高度稳定性和精度的场合，这种热膨胀行为可能导致问题。例如，在光学元件制造中，热膨胀可能导致光路的变化，降低设备的性能。在航空航天领域，极端的温度变化可能对卫星和望远镜等设备造成损害。因此，需要一种材料或技术，能够在温度变化下实现负热膨胀，以应对这些挑战。有一类具有反常热膨胀性质的材料，其尺寸会随着温度升高而减小，称作负热膨胀材料。自从zrw2o8被发现以来，负热膨胀（nte）材料的开发已经成为科学
日益感兴趣的领域。nte陶瓷与正热膨胀材料结合制备成零或低热膨胀材料具有重要的意义。此外，这些材料发在提高精密器件的性能方面发挥重要作用，如热稳定性、耐热冲击、导热性、耐辐射性和结构稳定性。

2、进入21世纪以来，航空航天、精密仪器和微电子等领域进入了快速发展期，但热膨胀系数的不匹配引发的热应力问题却在一定程度上制约着这些领域的发展进程。目前，传统的材料在受热膨胀时都会扩展，这包括金属、塑料、陶瓷等。尽管已经提出了一些复杂的机械设计来弥补这些材料的热膨胀影响，但这些解决方案通常复杂、昂贵且难以实施。因此，有必要开发一种新型材料或技术，能够克服传统材料在温度变化下的不利效应。将负热膨胀材料与常用材料复合是制备低热膨胀材料的一种有效方法，但复合材料中不同相的相界面会存在残余热应力，这会影响材料的使用性能和寿命。而制备性能优良的单相低热膨胀材

技术实现思路

1、为克服现有技术中存在的不足之处，本专利技术目的在于提供一种负热膨胀系数材料tamiv(po4)3及其制备方法。

2、为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：

3、一种负热膨胀系数材料tamiv(po4)3，miv=zr或hf。

4、较好地，所述负热膨胀材料为tazr (po4)3或tahf (po4)3，空间群为六方晶系。

5、所述负热膨胀系数材料tamiv(po4)3的制备方法，制备步骤如下：

6、（1）、按照目标产物tamiv(po4)3的化学计量摩尔比ta ∶miv∶p=1∶1∶3，称取原料ta2o5、mivo2、nh4h2po4，然后加入占ta2o5、mivo2和nh4h2po4三者原料质量总和3~12 wt.%的v2o5，研磨至混合均匀，将得到的混合粉末在500~700 ℃下烧结6~10 h；

7、（2）、将步骤（1）所得烧结产物研磨成粉然后压片并在1200~1300℃烧结6~24 h，冷却至室温后，得到目标产物tamiv(po4)3。

8、较好地，步骤（1）中，v2o5的加入量占ta2o5、hfo2和nh4h2po4三者原料质量总和的8~12 wt.%。

9、较好地，步骤（1）中，采用湿法研磨，研磨时加入乙醇，加入量以润湿ta2o5、nh4h2po4、mivo2和v2o5为准。

10、较好地，步骤（1）和（2）中，以1~5 ℃/min的升温速率升温至烧结温度。

11、本专利技术分两次烧结一方面是为了释放nh4h2po4中的氨气，另一方面是为了使合成的样品更加致密；v2o5是一种烧结助剂，加入v2o5可以抑制tapo5杂质的生成，并且v2o5在700℃以上会剧烈挥发，生成物中不会含有v2o5。

12、与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：

13、（1）、发现了新的nzp材料tamiv(po4)3，通过对这些材料的热膨胀测试发现，本专利技术tamiv(po4)3系列材料具有负热膨胀性能，其合成过程简单可靠，重复性高；

14、（2）、tamiv(po4)3系列材料可以和正热膨胀材料复合，从而生产出零热膨胀材料，有望在生物医用材料、航空航天装备、精密仪器等高新
获得应用。

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【技术保护点】

1.一种负热膨胀系数材料TaMIV(PO4)3，其特征在于：MIV=Zr或Hf。

2.如权利要求1所述的负热膨胀系数材料TaMIV(PO4)3，其特征在于：所述负热膨胀材料为TaZr (PO4)3或TaHf (PO4)3，空间群为六方晶系。

3.一种如权利要求1或2所述的负热膨胀系数材料TaMIV(PO4)3的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：

4.如权利要求3所述的负热膨胀系数材料TaMIV(PO4)3的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，V2O5的加入量占Ta2O5、HfO2和NH4H2PO4三者原料质量总和的8~12 wt.%。

5.如权利要求3所述的负热膨胀系数材料TaMIV(PO4)3的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，采用湿法研磨，研磨时加入乙醇，加入量以润湿Ta2O5、NH4H2PO4、MIVO2和V2O5为准。

6.如权利要求3所述的负热膨胀系数材料TaMIV(PO4)3的制备方法，其特征在于：步骤（1）和（2）中，以1~5 ℃/min的升温速率升温至烧结温度。

【技术特征摘要】

1.一种负热膨胀系数材料tamiv(po4)3，其特征在于：miv=zr或hf。

2.如权利要求1所述的负热膨胀系数材料tamiv(po4)3，其特征在于：所述负热膨胀材料为tazr (po4)3或tahf (po4)3，空间群为六方晶系。

3.一种如权利要求1或2所述的负热膨胀系数材料tamiv(po4)3的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：

4.如权利要求3所述的负热膨胀系数材料tamiv(po4)3的制备方法，其特征在于：步骤（1...

【专利技术属性】
技术研发人员：高其龙，周占源，张元举，赵欢，乔永强，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：

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