高密负膨胀陶瓷材料Zr2(WO4)(PO4)的制备和性能研究 )

摘要

因为Zr2(WO4)(PO4)2陶瓷材料在很大温度范围内都具有明显的负热膨胀特性并且具有非常好的化学稳定性、热稳定性、高温力学稳定性,此外它的抗压能力很强,所以Zr2(WO4)(PO4)2陶瓷材料在光学、电子、医学、器械等诸多领域均有很大的应用前景。目前利用传统固相法合成Zr2(WO4)(PO4)2材料,有诸多的缺点,例如:烧结时间长、消耗能量多、块体不够致密,不利于实际应用。本研究利用高温快速烧结法,以ZrO2、WO3、P2O5为原料,成功合成了Zr2(WO4)(PO4)2陶瓷材料,减少了能耗,提高了效率,并对该材料的稳定性、负膨胀性、吸光性作了细致分析另外还进行了拉曼峰位的粗略指认,总结如下:
　　 1.利用高温快速烧结法,合成了高纯度高密度的Zr2(WO4)(PO4)2陶瓷材料。该合成法不但快速节能而且工艺简单适合工业化大规模生产,为提高Zr2(WO4)(PO4)2陶瓷材料的密度,添加MgO和2wt％PVA分别作为烧结助剂和黏合剂。使用SEM来观察制备材料的微观形貌。
　　 2.通过变温拉曼光谱并结合DSC分析得知,Zr2(WO4)(PO4)2陶瓷材料在-160到1050℃温度范围内没有相变,一直保持正交相结构,也就是说在-160到1050℃温度范围内Zr2(WO4)(PO4)2陶瓷材料保持稳定的负热膨胀特性。
　　 3.利用膨胀仪测试了不同情况的膨胀系数,并进行了对比分析,确定所制备的Zr2(WO4)(PO4)2陶瓷材料在很大温度范围内都具有负热膨胀特性。
　　 4.利用UV-Vis-NIR分光光度计测试了Zr2(WO4)(PO4)2陶瓷材料的吸收谱,进行带隙估算,测试结果很符合直接跃迁,带隙约为4.14±0.05eV,表明Zr2(WO4)(PO4)2陶瓷材料仅仅吸收紫外线以及附近的紫外光,也就是说在可见光区域内,可以制备出Zr2(WO4)(PO4)2透明陶瓷材料。
　　 5.根据文献和所测试的变温拉曼,粗略指认470-650cm-1和1080-1176 cm-1之间的峰是由PO4四面体振动引起的,800-870cm-1之间的峰是由WO4四面体的振动引起的,200-430cm-1和950-1050cm-1的峰是由PO4四面体和WO4四面体的振动共同引起的。