负热膨胀材料ZrW2O8制备方法的研究进展

各向同性负热膨胀氧化物ZrW2O8是极具应用潜力的结构、功能材料.由于其热力学稳定的温度范围窄,材料合成困难,因此,如何提高产物纯度、降低生产成本是今后该材料研究的主要方向之一,也是改善ZrW2O8的性能和应用的关键因素.本文综述了ZrW2O8粉体、薄膜、单晶及其复合材料制备方法的研究现状,比较了不同制备方法的优缺点,分析了不同制备方法对ZrW2O8形貌及材料性能的影响,并展望了ZrW2O8制备方法的发展趋势及材料的应用前景.     

水热法制备负热膨胀性ZrW2O8粉体

用水热法并经570 ℃热处理6 h制备了ZrW2O8粉体,对水热法制备的前驱体进行了热重-差热分析.用X射线粉末衍射、扫描电子显微镜对ZrW2O8粉体的微观结构及形貌进行表征,结果表明:ZrW2O8粉体为单一α-ZrW2O8相,粉体颗粒为规则的长方体棒状,尺寸约为1.2μm×1.2μm×10μm.原位X射线粉末衍射分析表明:所得ZrW2O8粉体具有很好的负热膨胀特性,从室温到500 ℃,其热膨胀系数为-6.30×10-6 ℃-1;在150～175 ℃温度范围内发生了α-ZrW2O8向β-ZrW2O8相的转变.     

燃烧法合成高纯度负热膨胀材料ZrW2O8粉体

采用燃烧法在较低温度下成功合成了各向同性的负热膨胀材料ZrW2O8粉体.用X射线衍射、扫描电镜、红外光谱综合分析和研究了反应过程中炉温、硼酸和尿素含量、W6 与Zr4 的摩尔比对合成ZrW2O8纯度的影响.结果表明:燃烧法可以合成高纯度、粒径为0.5μm的ZrW2O8粉体.燃烧法合成高纯ZrW2O8的最佳条件是:炉温为500℃,硼酸的摩尔分数为10%,(NH2)2CO与(NH4)5H5[H2(WO4)6]·H2O ZrOCl2·8H2O的质量比为2∶1,(NH4)5H5[H2(WO4)6]·H2O与ZrOCl2·8H2O的摩尔比为1∶3.2.所合成的ZrW2O8在50～700℃之间的线膨胀系数a=-5.08×10-6/℃,其线膨胀系数与温度的关系符合方程dL/L0=-1.4×10-2-4.5×10-4T(50℃≤T≤700℃).     

ZrW2O8微波合成、表征及负膨胀行为研究

采用湿化学－微波合成工艺制备了具有负膨胀行为的ＺｒＷ２Ｏ８粉体,Ｘ射线衍射和Ｒａｍａｎ光谱分析结果表明,合成产物是基本单一的立方结构的ＺｒＷ２Ｏ８。用ＳＥＭ观察了样品的形貌,热膨胀仪测定了样品从室温到８００℃的膨胀行为,其膨胀系数的平均值为－７．９×１０＾－６Ｋ＾－１。     

ZrW2O8负膨胀陶瓷材料进展

叙述了各向同性负膨胀ZrW2O8陶瓷材料的制备、结构、负膨胀机理和应用.     

Er2W3O12陶瓷的制备及其负热膨胀性能研究

以分析纯Er2O3和WO3为原料,采用固相法制备Er2W3O12陶瓷,并利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)和热重分析仪(TG)对其结构组分、断面形貌和吸湿特性进行表征.采用热膨胀仪和变温XRD对Er2W3O12陶瓷的负热膨胀特性进行表征.结果表明:在950 ℃烧结6 h制得的Er2W3O12陶瓷结构致密.Er2W3O12材料在室温下容易吸湿,在120 ℃完全失去吸湿水,表现为正交相的Er2W3O12陶瓷,具有良好的负热膨胀性能,其在138~700 ℃的平均热膨胀系数为-7.94×10-6 K-1.变温XRD分析发现:Er2W3O12陶瓷沿三个晶轴方向均表现为负热膨胀,在100~600 ℃温度区间内,Er2W3O12陶瓷的热膨胀系数为-7.81×10-6 K-1.     

不同淬火工艺制备ZrW2O8及其负热膨胀性能研究

以分析纯ZrO2和WO3粉体为原料,采用分步固相法制备出ZrW2O8粉体,冷压成型并在1200℃下烧结4 h后炉冷、空气冷、水冷和液氮淬冷处理.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和热膨胀仪对合成样品的晶体结构、断面形貌和热膨胀性能进行表征.试验结果表明:随着冷却速度的增加,ZrW2O8分解为ZrO2和WO3的比例降低,随炉冷却制备的ZrW2O8完全分解为ZrO2和WO3;空冷制备的ZrW2O8.部分分解为ZrO2和WO3;在水和液氮中淬火得到纯ZrW2O8.在室温到600℃的测试区间内,采用空冷、水和液氮淬冷制备的ZrW2O8.的负热膨胀系数分别为-3.96×10-5K-1、-4.49×10-6 K-1和-5.95×10-6 K-1.     

负热膨胀材料钨酸锆研究进展

ZrW2O8是由0.3K至分解温度1050K都具有各向同性的负热膨胀化合物,但由于其窄的热稳定范围反应合成相当困难。本文综述了该材料的各种合成技术以及该材料的负热膨胀的机理,讨论了ZrW2O8的特性,介绍了其潜在的应用。     

立方ZrW2O8结构类型热收缩固溶体Zr1-χMχW2-yM'yO8-z/2的研究进展

综合介绍了最近十多年,立方ZrW2O8结构类犁固溶体Zr1-xMxW2-yM'yO8-z/2(M:Hf4+,Ti4+,Sn4+,Al3+,In3+,Fe3+,Cr3+,Mn2+,RE3+;M':Mo6+, V5+)的研究进展和主要研究成果.由生成等价和低价离子取代而制备的固溶体Zr1-xMxW2-yM'yO8-z/2,可调整立方ZrW2O8,结构类型热收缩材料的有序-无序相变温度、晶胞参数,提高离了电导率,热稳定性和机械强度,不失为一种改善热收缩材料性能的途径.此外,还列举了多种合成立方ZrW2O8 结构类型固溶体和制备陶瓷材料的方法.     

脉冲激光沉积法制备ZrW2O8薄膜

采用纯ZrW2O8陶瓷靶材,以脉冲激光沉积法在石英基片上沉积并退火处理后制备了ZrW2O8薄膜.利用X射线衍射仪、X射线光电子能谱 仪和扫描电子显微镜观察和确定r薄膜结构、化学组分和表面形貌,用划痕仪、表面粗糙轮廓仪测量了薄膜与基片之间的结合力和薄膜厚度.结果表明:脉冲激光沉积的薄膜为非晶态,膜层物质各元素之间的化学计量比与靶材成分一致;衬底未加热沉积的薄膜表而粗糙度较大,衬底温度为650℃ 时,薄膜表面平滑致密,粗糙度明显降低:非晶膜在1200℃密闭退火热处理3 min后淬火得到立方相ZrW2O8薄膜,退火后的薄膜品粒较大,同时 还出现一些沿晶界和晶内的裂纹缺陷.随着退火温度升高,薄膜与基片的结合力降低.     

负热膨胀系数材料的研究现状与展望

本文从负热膨胀材料的发展概况、负热膨胀产生机理、负热膨胀材料分类出发,着重介绍了化学通式为A2M3O12的负热膨胀材料.通过几种A2M3O12型负热膨胀材料的性质、制备方法和晶体结构的归纳和总结,对这一系列的负热膨胀材料未来研究方向进行了展望.     

Thermal expansion and mechanical properties of phenolic resin/ZrW2O8 composites

Phenolic resin/ZrW₂O₈ composites were successfully fabricated and their coefficient of thermal expansion (CTE) as well as mechanical properties was investigated. The CTE of the composites decreases from 46 × 10^–6 to 14 × 10^–6 K^?1 when the ZrW₂O₈ volume fraction increases from 0 to 52 vol %. The CTE of the composites is analyzed by some theoretical models; Schapery's upper bound provides the best estimate of the reduction in CTE. The Barcol hardness of the composites increases with an increase in the ZrW₂O₈ volume fraction. The bending strength of the composites with 19–25 vol % of ZrW₂O₈ fillers shows a maximum value of 130 MPa, which is 45% larger than that of phenolic resin without fillers. © 2007 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci, 2007     

Modifying Thermal Expansion of Polymer Composites by Blending with a Negative Thermal Expansion Material

Large positive thermal expansion in polymers is one of the major drawbacks in using polymers in applications where the sample dimensions play an important role. In this paper, we report a method to vary the thermal expansion of PMMA‐based polymer composites by blending with a negative thermal expansion material, PbTiO₃. It is shown that the thermal expansion coefficient of the composite can be tailored by suitably adjusting the ratio of polymer and ceramic filler. The coefficient of thermal expansion has been measured using temperature‐dependent step‐height measurements via confocal microscopy. Using SEM, it is shown that the ceramic particles are homogeneously dispersed in the polymer matrix if the composite is obtained by the polymerization of the suspension of PbTiO₃ in the monomer MMA. Composite formation is confirmed using XRD and Raman spectroscopy. To estimate the technological viability of such composite films, preliminary results of stress‐strain measurements are also presented.

     

高温下煤灰热膨胀行为研究

为了更好地了解硅铝比在煤炭燃烧和气化过程中对炉体结渣和堵渣产生的影响,选取硅铝比不同的A、B、C三种煤样,在弱还原性气氛下,利用自主研制高温熔融装置,考察三种煤灰样在高温熔融炉中的形变情况,探究煤灰热膨胀行为。针对A煤样,将其灰化后分别添加SiO2和Al2O3,添加量为煤基的1%~5%,研究其高温下XRD物相变化、熔渣流动现象和熔渣表观形貌。结果表明:不同硅铝比的煤灰热膨胀行为存在差异,B、C煤灰产生明显热膨胀现象,A煤灰未出现此现象;添加SiO2的A煤灰产生明显热膨胀现象,而添加Al2O3却未出现膨胀过程。添加SiO2后的煤灰在高温下灰粘度会增加,气体较难透过粘稠液体相,造成煤灰在高温下会出现明显膨胀现象,进而会导致煤炭在燃烧和气化过程中出现炉体内壁的结渣和出渣口堵渣等问题。通过考察弱还原性气氛下,研究不同硅铝比对煤灰高温熔融过程形变的影响,为解决实际生产中气化炉结渣和堵渣问题提供理论依据。     

In_2W_3O_(12)陶瓷的相变特性及其负热膨胀性能(英文)

以分析纯In2O3和WO3为原料,采用固相反应法制备In2W3O12陶瓷。利用X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、热重分析仪、差示扫描量热仪和热机械分析仪对样品的物相组成、微观结构、相变和热膨胀特性进行了表征。结果表明:在900℃烧结6h可制备出纯的单斜相In2W3O12陶瓷,In2W3O12陶瓷断面晶粒均匀,平均尺寸为4～6μm。In2W3O12陶瓷在253.34℃发生单斜相到斜方相的相转变,单斜相的In2W3O12陶瓷显示正热膨胀,在27～249℃,其平均热膨胀系数为16.51×10-6℃-1,斜方相的In2W3O12陶瓷显示负热膨胀,在273～700℃,其平均热膨胀系数为-3.00×10-6℃-1。