可控膨脹Zr2P2WO12-Ni復(fù)合材料的制備及其性能研究.pdf

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

2、
　　傳統(tǒng)的陶瓷金屬復(fù)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(jī)中充分研磨均勻后放入模具中壓制成素坯，然后再在燒結(jié)爐中燒結(jié)制備出復(fù)合材料。然而這種制備方法有諸多缺點(diǎn)，其一是球磨過程中可能會(huì)有其它材料混入；其二是球磨后的粉體可能會(huì)發(fā)生團(tuán)聚，使得制備出的復(fù)合材料粒徑較大，多為微米級(jí)；其三是材料各組分分布不均勻，很難做到納米級(jí)級(jí)別的混合。為克服上述缺點(diǎn)，我們采用溶膠凝膠和化學(xué)共沉淀法，一步合成ZWP/Ni可控膨脹金屬

3、陶瓷復(fù)合材料前驅(qū)體。由于上述兩種方法均是在液相條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，理論上使得ZWP/Ni復(fù)合材料前驅(qū)體諸組分間實(shí)現(xiàn)了分子級(jí)別的均勻混合，并最終使得燒結(jié)后ZWP/Ni復(fù)合材料的粒徑為納米級(jí)，兩種組分實(shí)現(xiàn)了充分的納米級(jí)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(gè)部分：
　?。?）采用溶膠凝膠法，以檸檬酸作為絡(luò)合劑，制備ZWP及ZWP/Ni復(fù)合材料粉體。對(duì)凝膠樣品的TG-DSC曲線進(jìn)行分析后可知，陶瓷ZWP

4、和ZWP/Ni復(fù)合材料的凝膠樣品都經(jīng)歷了膠體軟化，有機(jī)物分解，氣體的排出，碳的氧化溢出，ZWP的燒結(jié)反應(yīng)等幾個(gè)階段。
　?。?）采用化學(xué)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(jié)的過程中同時(shí)生成，制備出可控膨脹ZWP/Ni復(fù)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(fù)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(fù)合材料塊體，冷壓是用油壓機(jī)將復(fù)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(jié)；熱壓采用放電等離子（SPS）方法一次燒結(jié)成型。通過比較兩種方法制備的樣品相對(duì)密度等性質(zhì)可知，相對(duì)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(dá)到92％以上。
　?。?）實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過調(diào)節(jié)Ni2+的摻雜比例可制備出熱膨脹系數(shù)由負(fù)值到正值的可控膨脹系