可控膨脹Zr2P2WO12-Ni復合材料的制備及其性能研究.pdf

1、Zr2P2WO12（ZWP）是一種典型的負熱膨脹陶瓷材料，在25℃~800℃范圍內(nèi)有非常好的化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、高溫力學穩(wěn)定性及高抗壓性能，因而具有重要的應用前景。金屬Ni是一種重要的金屬材料，被廣泛應用于航空航天、軍工制造業(yè)及原子能工業(yè)等領域。當金屬Ni應用于衛(wèi)星天線、防腐鍍層等對材料的熱膨脹敏感的精密儀器時，需要對材料的熱膨脹系數(shù)進行有效的調控。為此本文就陶瓷ZWP和金屬Ni的復合進行了研究，制備出了可控膨脹ZWP/Ni復合材料。

2、
　　傳統(tǒng)的陶瓷金屬復合材料制備方法是將已制成成品的陶瓷粉末和金屬粉末混合，在球磨機中充分研磨均勻后放入模具中壓制成素坯，然后再在燒結爐中燒結制備出復合材料。然而這種制備方法有諸多缺點，其一是球磨過程中可能會有其它材料混入；其二是球磨后的粉體可能會發(fā)生團聚，使得制備出的復合材料粒徑較大，多為微米級；其三是材料各組分分布不均勻，很難做到納米級級別的混合。為克服上述缺點，我們采用溶膠凝膠和化學共沉淀法，一步合成ZWP/Ni可控膨脹金屬

3、陶瓷復合材料前驅體。由于上述兩種方法均是在液相條件下發(fā)生化學反應，理論上使得ZWP/Ni復合材料前驅體諸組分間實現(xiàn)了分子級別的均勻混合，并最終使得燒結后ZWP/Ni復合材料的粒徑為納米級，兩種組分實現(xiàn)了充分的納米級別的均勻混合，并且材料成分更加純凈。
　　本文的主要工作包括以下幾個部分：
　?。?）采用溶膠凝膠法，以檸檬酸作為絡合劑，制備ZWP及ZWP/Ni復合材料粉體。對凝膠樣品的TG-DSC曲線進行分析后可知，陶瓷ZWP

4、和ZWP/Ni復合材料的凝膠樣品都經(jīng)歷了膠體軟化，有機物分解，氣體的排出，碳的氧化溢出，ZWP的燒結反應等幾個階段。
　　（2）采用化學共沉淀法，以檸檬酸作為還原劑將材料中的金屬Ni2+離子還原，使陶瓷ZWP和金屬Ni在燒結的過程中同時生成，制備出可控膨脹ZWP/Ni復合材料粉體。由掃描電鏡圖像可知，其中制備出的陶瓷ZWP顆粒粒徑為100-200 nm，金屬Ni顆粒粒徑為50-100 nm，且由于樣品是在液相環(huán)境中制備出來的，復合

5、材料兩種組分分散均勻。
　?。?）采用冷壓壓和熱壓兩種方法制備復合材料塊體，冷壓是用油壓機將復合材料粉體先壓制成素坯，然后在管式爐中于N2氣氛中燒結；熱壓采用放電等離子（SPS）方法一次燒結成型。通過比較兩種方法制備的樣品相對密度等性質可知，相對于前者制備出來的樣品，由SPS方法制備出來的樣品具有更好的塊體致密度，可達到92％以上。
　?。?）實驗結果表明，通過調節(jié)Ni2+的摻雜比例可制備出熱膨脹系數(shù)由負值到正值的可控膨脹系