【摘 要】
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目前,新型低膨胀材料研究是通过将具有负膨胀效应的增强相与正膨胀基体复合。作为新型负膨胀材料,反钙钛矿锰基氮化物（Mn3AN,A=Zn,Ga,Pd,etc）是一种金属间化合物,其导电、导热性能优越,并且可以对巨负热膨胀性能进行调控。将Mn3AN化合物与金属进行复合,可以获得导热性能和力学性能较好的超低膨胀、近零膨胀、负膨胀复合材料,应用于精密仪器等领域,有效控制器件的热膨胀。本研究选用膨胀系数最负的
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目前,新型低膨胀材料研究是通过将具有负膨胀效应的增强相与正膨胀基体复合。作为新型负膨胀材料,反钙钛矿锰基氮化物（Mn3AN,A=Zn,Ga,Pd,etc）是一种金属间化合物,其导电、导热性能优越,并且可以对巨负热膨胀性能进行调控。将Mn3AN化合物与金属进行复合,可以获得导热性能和力学性能较好的超低膨胀、近零膨胀、负膨胀复合材料,应用于精密仪器等领域,有效控制器件的热膨胀。本研究选用膨胀系数最负的Mn3Zn N化合物为基体,制得具有超高负热膨胀的Mn3Zn0.8Sn0.2N化合物,采用放电等离子烧结技术在不同温度下烧结制备了Mn3Zn0.8Sn0.2N/Ti复合材料和Mn3Zn0.8Sn0.2N/Cu复合材料。对制得的Mn3Zn0.8Sn0.2N化合物性能进行测试,结果表明材料的膨胀行为可分为三个阶段:第I阶段（-80℃～-54℃）,材料呈现缓慢的线性正膨胀,其平均线膨胀系数为3.98×10-6K-1;第II阶段（-54℃～-5℃）,材料呈现巨负热膨胀现象,平均线膨胀系数为-56.19×10-6K-1;第III阶段（-5℃～160℃）,材料呈线性正膨胀现象,平均线膨胀系数为22.07×10-6K-1。抗弯强度为233MPa,抗压强度为646MPa。对不同烧结温度制备Mn3Zn0.8Sn0.2N/Ti复合材料的性能分析表明,650℃和700℃烧结制备的复合材料分别在（-50℃～-13℃）和（-70℃～-17℃）具有近零膨胀效应,相应的膨胀系数分别为1.83×10-6K-1和-1.26×10-6K-1,而且700℃烧结制备的复合材料的抗拉强度为253MPa,抗压强度为618MPa,具有较好的力学性能。750℃烧结制备的复合材料在整个温度范围能呈线性正膨胀。对不同烧结温度制备Mn3Zn0.8Sn0.2N/Cu复合材料的性能分析表明,650℃烧结制备的复合材料在（-19℃～-11℃）具有近零膨胀效应,膨胀系数为1.30×10-6K-1,抗压强度为500MPa,具有较好的力学性能。700℃和750℃烧结制备的复合材料在整个温度范围能呈线性正膨胀。过强的界面反应会使得负膨胀颗粒的负膨胀效应消失,降低材料的性能。采用有限元方法构建Mn3AN/金属基复合材料模型,对复合材料制备冷却过程和表征热膨胀性能的过程中产生的热应力进行模拟,并结合现有研究对热应力复合材料的膨胀性能的影响进行分析。研究发现在同一个材料体系中,随着制备温度的升高,体系内热应力也越大,体系的材料的负膨胀（或低膨胀）温区往低温移动。
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