各向同性负膨胀系数材料ZRWLT2GTOLT8GT的研究与制备.pdf

中文摘要自然界中发现的负膨胀材料有限，但用途广泛，近年来新发现的三种新型负热膨胀氧化物材料为A M 2 0 8 , A M 2 0 : 和A Z ( M 氏) 3 类材料， 在三种类型的负热 膨胀材料中A M2 0 : 类材料是各向同性的，最典型的是Z r W2 0 8 oZ r W 刃: 具有简单立方的晶体结构， 在0 .3 K -1 0 5 0 k 温度范围内 其线膨胀系数 a =- 8 . 7 X 1 0 - 6 K “ ' , Z r W 2 0 8 产生N T E的根本原因是由 其本身的骨架结构决定的，由 共顶点的Z r 0 6 八面体和W0 4 四面体组成的骨架结构中存在的R U M S 导致N T E 但由于Z r W2 0 只在很窄的温度范围内热力学稳定，反应合成相当困难并且 反应合成的Z r W2 0 : 要快速冷却到室温保持亚稳，否则将分解成 W0 3 和Z r 0 2 ;另外，钨氧化物在高温下容易挥发，合成反应必须在密闭的体系中进行本实验利用固相反应法和化学沉淀法经济有效地合成出了Z r 姚O : 样品， 直接固相反应法合成Z r W 2 0 8 要在 1 2 0 0 ℃进行2 4 h的反应，反复 研磨分步固相反应法可将 最 后 合 成 温 度降 到1 0 0 0 'C ; 在 化 学 沉 淀 法中 要 使p H = 2 - 3 ， 才 能 使Z r 4 ` 和W 0 3 2 一 完全沉淀出来。

用化学沉淀法得到的前驱物在 1 2 0 0 ℃反应6 h ，就有大量的Z r W2 氏生成膨胀仪测出Z r W2 0 8 样品在 1 8 0C ^7 1 8 ℃之间膨胀系数为负，其中 1 8 `C - 2 1 8 0C之间的膨胀系数为一 7 .2 X 1 0 ' 6 K - ' , 2 1 8 0C - - - 7 1 8 ℃之间的 膨胀系数为一 4 .9 2 X 1 0 -6 K “ ' ，在整个测 量温度范围内的 平均线膨 胀系数 a = - 5 . 5 7 X 1 0 -6 K' ; 用X R D数据近 似计 算出合成的 Z r W2 0 8 样品在室温下的晶格常数 a = 0 . 9 1 4 1 n m; 排水法测出室温下的实际密 度D n c}= 4 .4 1 沙时关性词钨酸错负热膨胀固相反应 化学沉淀法Ab s t r a c tMa t e r i a l s w i t h a n e g a t i v e c o e f f i c i e n t o f t h e r m a l e x p a n s i o n ( e i t h e r a s p u r e p h a s e s o r a sc o n s t it u e n t s o f c o m p o s i t e m a t e r i a l s d e s i g n e d t o a c h i e v e a d e s i r e d o v e r a l l c o e f f i c i e n t ) m a yb e c o m e u s e f u l i n a v a r i e t y o f e l e c t r o n i c s a p p l i c a t io n s . T h e r e c e n t d i s c o v e r y o f n e g a t i v et h e r m a l e x p a n s i o n o x id e m a t e r i a l s o f A M 2 0 8 , A M2 0 7 a n d A 2 ( M O 4 ) 3 a n d t h e m e c h a n i s mo f n e g a t i v e t h e r m a l e x p a n s i o n w e r e d i s c u s s e d i n t h i s p a p e r .C u b i c Z r W2 0 8 w a s r e c e n t ly s h o w n t o e x h i b i t i s o t r o p ic n e g a t i v e t h e r m a l e x p a n s io nf r o m 0 .3 t o 1 0 5 0 K . T h e c o e ff i c ie n t o f t h i s t h e r m a l c o n t r a c t i o n i s . 8 .7 x 1 0 “' K - ' . T h es t r u c t u r e o f Z r W2 0 8 m a y b e d e s c r i b e d a s a f r a m e w o r k s t r u c t u r e c o n t a i n in g c o r n e r s h a r i n gZ r O (, o c t a h e d r a a n d W0 4 t e t r a h e d r a . T h e r e a s o n f o r N T E i s t h a t t h e r e a r e a f a m i l y o fr i g i d u n i t m o d e s ( R U M s ) p r e s e n t i n Z r W 2 0 8 . T h e i n c o n g r u e n t d e c o m p o s i t i o n p o i n t a n dn a r r o w t h e r m a l s t a b i l i ty l i m it s o f Z r W 2 0 8 s e v e r e l y r e s t r ic t s y n t h e s i s c o n d i t i o n s . S e a l e dc o n t a i n e r w a s u s e d b e c a u s e s t u d i e s o f s y s t e m s c o n t a i n i n g t u n g s t e n o x i d e s a r e c o m p l i c a t e db y t h e f a c t t h a t t h e h i g h e r o x i d e s a r e e x t r e m e ly v o l a t i l e .T h e e x p e r i m e n t s i n d i c a t e d t h a t t h i s c o m p o u n d c o u l d b e o b t a i n e d f r o m d i r e c ts y n t h e s i s o f Z r O 2 a n d W 0 3 t h r o u g h p r o l o n g e d h e a t i n g , i . e . a t l e a s t f o r 2 4 h a t 1 2 0 0 0 a n dt h e s t e p s y n t h e s i s o f Z r O 2 a n d W O r e d u c e d t h e l a s t t e m p e r a t u r e t o 1 0 0 0 0C . T h e c h e m i c a l p r e c ip it a t io n r o a d re v e a le d t h a t th e c o n d it i o n o f c o m p le t e p r e c ip it a t io n o f Z r 4 十 a n d W 0 3 2 -i s p H = 2 - 3 a n d h e a ti n g t h e p re c u r s o r a t 1 2 0 0 0 f o r 6 h p r o d u c e d a g r e a t q u a n t i t y o fZ r W2 0 8 .T h e t h e r m a l e x p a n s i o n c o e ff i c i e n t o f t h e s a m p le w a s m e a s u r e d b y d i l a t o m e t e r o v e rt h i s t e m p e r a t u re r a n g e fr o m 1 8 C t o 7 1 8 C a n d t h e v a l u e o f t h e c o e f f i c i e n t w a s c a lc u l a t e d t o b e - 5 . 5 7 X 1 0 -6 r “ . T h e la t t ic e p a r a m e te r o f th e s a m p le d e t e r m i n e d b y X - r a yp o w d e r d i f f r a c t i o n m e t h o d w a s a b o u t 0 . 9 1 4 1 n m . T h e r e a l d e n s i ty o f t h e s a m p le w a s d e t e r m i n e d b y A r c h im e d e s ' m e t h o d w a s 4 .4 1 g t c m 3 .K e y w o r d s : Z r W2 0 8 , n e g a t i v e t h e r m a le x p a n s i o n ,s o l i d r e a c t io n , c h e m i c a l p r e c i p i t a t i o n独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果， 除了 文中特别加以标注和致谢之处外， 论文中不包含其他人己经发表 或 撰 写 过 的 研 究 成 果 ， 也 不 包 含 为 获 得 2进选生- 或 其 他 教 育 机 构 的 学 位 或 证 书而使用过的材料。

与我一同工作的同志对木研究所做的 任何贡献均己 在论文中作了明确的说明并表示了谢意学 位 论 文 作 者 签 名 : 未 才 内 签 字 日 期 : 、; 年， “ 件 日学位论文版权使用授权书本 学 位 论 文 作 者 完 全 了 解_遴生比 有 关 保 留 、 使 用 学 位 论 文 的 规 定 特 授 权 ~ 孟生-人 生 一 可 以 将 学 位 论 文 的 全 部 或 部 分 内 容 编 入 有 关 数 据 库 进 行 检 索， 并采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、 汇编以供查阅和借阅 同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘 保密的学 位论文在解密后适用本授权说明)学 位 论 文 作 者 签 名 : 肛 玄 叫签 字 日 期 :01 - ; 年 I 月a 学 日导 师 签 名 : p l , i - k v签 字 日 期 : 2 .o ; 年 / 月‘ 丫 日前言一课题背景及意义当今材料世界中， 绝大多数材料都具有正的热膨胀系数， 而且很多材料的膨胀系数还比较大，这些材料在使用中一旦温度发生变化，便会产生有害的热应力，导致各种形式材料的破坏降低材料的热膨胀系数使之接近于零是解决这一问题的有效途径。

目前，开发低膨胀陶瓷材料是材料研究中的重要课题，利用负膨胀材料与常规材料复合是获得低膨胀材料的 途径之一 [ 1 -4 1负 热膨 胀( N e g a t 。