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“负热膨胀(NegativeThermalExpansion简称NTE)”材料具有与常规材料“热胀冷缩”相反的特性,近几年来引起了国内外材料界的高度重视。ZrW208作为负热膨胀化合物的典型,具有很强的各向同性负热膨胀性能。若能把它与正的膨胀系数的材料进行复合,设计出具有可控热膨胀系数的复合材料,在工业上的应用具有重大意义。鉴于ZrW208独特的特性和重要的应用背景,本文围绕着合成ZrW208材料这一课题开展相关的探索性工作,为后续研究做好准备。
本文选用液相合成法中的化学沉淀法和溶胶凝胶法(Sol-gel法)合成zrw208,取代传统的使用存有工艺缺陷和纯度难以提高的固相合成法。
采用化学沉淀法,以氯氧化锆(ZrOCl2·8H20)、钨酸(H2W04)、氨水(NH4·OH)为原材料成功地合成了单一的Zrw208粉末:使用热处理温度为¨50℃~1200℃,短时间内可以生成较为单一的zrW208粉末。而且当原材料Zr/W原子比为1:1.8的前驱体粉末经过1150℃保温1.5h的热处理工艺,获得的Zrw208粉末纯度最高;结合Zrw208前驱体的化学反应、前驱体的热重一差示扫描量热分析(TG-DSC)、高温X射线衍射分析(高温XRD)、以及高温热处理试样在常温下的X射线衍射分析oclm),掌握了化学沉淀法合成Zrw208的高温转变过程。
通过扫描电镜分析(SEM),化学沉淀法合成的ZrW208粉末颗粒的形状大致为多边形,颗粒平均尺寸在2~5um之间;热膨胀试验显示ZrW208粉末在30~164C温度区间内具有负的热膨胀特性,平均线膨胀系数为-5.631×10~oC-i。
使用Sol-gel法,以氯氧化锆(ZrOCl2·8H20)、钨酸铵(N5H37W6024·H20)、氨水(NH4·OH)、浓硝酸(HN03)为原材料在较低温度下可以合成ZrW208粉末:Sol-gel法显著降低了ZrW208的合成温度,在最高温度为600℃,10~18h内可以合成ZrW208粉末,但是前驱体粉末转变不完全,还存在着无定形粉末和W03杂质。在600℃加长保温时间,或者是提高热处理温度,都使生成的ZrW208粉末发生分解,最终粉末转化成W03和Zr02两种物质。适当降低合成温度,则不能生成ZrW208粉末。可见Sol-gel法合成的ZrW208粉末对热处理的温度和时间比较敏感。经SEM分析,使用Sol-gel法合成的粉末颗粒分布均匀,不易团聚,且平均粒径在0.1-0.2um左右。使用S01.gel法合成ZrW2O8的试验尚处于摸索阶段,可参考的资料很少,因此还存在着很多亟待解决的问题。
液相合成法制备ZrW208粉末在国内处于起步阶段,使用化学沉淀法成功地合成了ZrW208粉末以及掌握其前驱体高温转变过程,是本文最大的研究成果。但仍然可以从对原材料配比含量精确化方面着手,合成更高纯度的ZrW208粉末,以及对ZrW2O8粉末的其他性能进行研究和探讨。S01.gel法可以在较低温度下合成zrw208粉末,其原理和高温转变过程值得深入研究。