Y2W3O12基近零膨胀材料的制备与性能研究

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“热胀冷缩”是自然界中绝大多数材料都具有的特性,同时热胀冷缩也是在机械、电子学、光学、医学、通信、日常生活等许多领域中所面临的最普遍的问题之一。热稳定性良好、机械性能优异的低膨胀、负膨胀材料的开发是解决以上问题的关键所在。在种类繁多的负膨胀材料中,Y2W3O12因其在较宽温域范围内具有强的负膨胀特性而受到研究人员的广泛关注。但是在研究过程中发现Y2W3O12具有较强的吸水性,导致其本身具有的负热膨胀特性出现滞后现象。Y2W3O12材料具有吸水性这一特点严重影响了其负膨胀特性的应用,于是针对这一问题,本文对Y2W3O12材料的吸水性以及制备零膨胀材料做了深入的研究与探讨。本文采用传统的固相反应制备了Y2W3O12陶瓷粉体,主要研究内容包括以下三方面。(1)用Yb3+离子对Y3+进行离子取代,讨论了不同掺杂量的YbxY2-xW3O12系列固溶体材料的吸水性及热膨胀性能;(2)将Y2W3O12负膨胀陶瓷材料与Zn2SiO4正膨胀陶瓷材料复合,对其吸水特性、热膨胀性能和机械性能等进行了研究;(3)将Y2W3O12与BS玻璃、石英玻璃复合,研究了BS玻璃与石英玻璃的不同配比对复合材料吸水特性、热膨胀性能和机械性能的影响。研究内容和实验结果如下:1、采用固相法在1100°C烧结6h后制备得到YbxY2-xW3O12(0≤x≤2)系列陶瓷材料,DSC和热膨胀曲线显示YbxY2-xW3O12在室温下吸湿性的变化过程,结果发现Yb掺入后,YbxY2-xW3O12随着Yb掺入量增加吸湿性逐渐减小,其中Yb0.8Y1.2W3O12的吸湿性完全消失,表明Yb3+取代Y3+能够对Y2W3O12吸湿性进行有效的控制,负膨胀系数也随着Yb3+取代量的增加而略有上升。2、将Y2W3O12与Zn2SiO4按不同质量比(2:8、3:7、4:6和5:5)复合,结果显示复合陶瓷的热膨胀性能随着Y2W3O12含量的增加从正变负,在含量为30 wt%时,获得平均线膨胀系数接近零(-0.714×10-6/°C)、机械性能良好(Hv=4.7GPa、σs=90.17MPa)的复合材料。3、研究了Y2W3O12陶瓷与B2O3-SO2(BS)玻璃、石英玻璃复合后材料的吸水性、热膨胀性能和机械性能。结果发现在质量比例为40wt%Y2W3O12-20wt%BS玻璃-40wt%石英玻璃时获得无明显吸水峰、膨胀系数近零的(0.901×10-6/°C)、机械性能良好(Hv=7.72GPa、σs=98.78MPa)的陶瓷复合材料。
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