Zr0.70V1.33Mo0.67O6.73制备、结构、热膨胀性能、热缩机制及与Al复合研究

摘要

大多数材料具有“热胀冷缩”性质，不同材料制成的器件受热后会由于膨胀系数不匹配而出现热应力、微裂纹等，使器件的一些物理性能下降，甚至无法使用。而负热膨胀材料可以和普通的正热膨胀材料复合，制备出可控热膨胀甚至零膨胀的材料，以解决膨胀系数不匹配问题，具有很好的潜在应用价值。目前发现的负热膨胀材料仍然存在很多不足，比如原料昂贵，制备工艺复杂，负热膨胀温区窄或不包含常用温度区间等。因此，很有必要寻找一种易于制备，成本较低，在宽温度范围内具有稳定负热膨胀性能的材料。
　　本文利用固相烧结首次制备出新的负热膨胀材料 Zr0.70V1.33Mo0.67O6.73，对其结构、热膨胀性能和热缩机理进行了研究，并将其与 Al复合制备出Al/Zr0.70V1.33Mo0.67O6.73复合材料。主要工作和结果如下：
　　（1）固相烧结首次制备出Zr0.70V1.33Mo0.67O6.73，它至少在103–773 K温度范围表现出稳定的负热膨胀性能。平均线膨胀系数分别为-3.75×10-6 K-1（163–673 K），-4.08×10-6 K-1（RT–773 K），本征热膨胀系数为-3.84×10-6 K-1（103–473 K），-4.22×10-6 K-1（RT–673 K）；
　　（2）Zr0.70V1.33Mo0.67O6.73晶体具有立方相结构，属于Pa-3（No.205）空间群，α=8.93063，V=712.273163。晶体由准刚性的ZrO6八面体与MoO4和 VO4四面体共顶角连接，其热缩机理可用准刚性单元模型（QRUMs）来解释：随着温度持续升高，多面体振动不断加剧，MoO4和 VO4四面体倾斜旋转，导致ZrO6八面体扭曲变形，引起整个晶体结构的畸变，晶胞体积不断减小，宏观上变现为负热膨胀。Zr0.70V1.33Mo0.67O6.73相变温度的下降可以归因于立方相ZrMo2O8结构的引入和Zr(4a)位空位的产生。
　　（3）使用固相烧结法制备出 Al/Zr0.70V1.33Mo0.67O6.73复合金属陶瓷，样品由Al和Zr0.70V1.33Mo0.67O6.73组成，不含其它杂相。调节其Al含量可以连续调控复合材料的热膨胀系数。同时，可调控其阻抗：Al含量较小时，复合陶瓷呈电容特性， Al含量较大时，呈现电阻特性。特别地，当 Al:Zr0.70V1.33Mo0.67O6.73=4:6时，复合金属陶瓷不仅具有很好的导电性，且其线热膨胀系数不到 Al的二分之一。复合金属陶瓷 Al/Zr0.70V1.33Mo0.67O6.73具有很好的应用前景。

目录

声明

1 绪论

1.1 负热膨胀材料简介

1.2 负热膨胀机制

1.3 负热膨胀材料的分类及ZrV2O7负热膨胀材料简介

1.4 负热膨胀材料在复合材料中的应用

1.5 本论文的研究目的、内容及意义

2 样品制备方法及性能测试技术

2.1 样品制备的方法

2.2 样品性能表征

3 Zr0.70V1.33Mo0.67O6.73的制备及性能研究

3.1 引言

3.2 实验

3.3 结果和分析

3.4 本章小结

4 Al/Zr0.70V1.33Mo0.67O6.73的制备及性能研究

4.1 引言

4.2 实验

4.3 结果和分析

4.4 本章小结

5 全文总结

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文及研究成果

致谢