CN102492885B - 一种铌-钨酸锆复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铌-钨酸锆复合材料，由以下质量百分比的原料制成：钨酸锆35％～75％，铬1％～10％，铌20％～60％；所述钨酸锆的质量纯度不小于97％，铬的质量纯度不小于99％。本发明还提供了该复合材料的制备方法。本发明通过将铬粉引入到铌-钨酸锆复合材料体系中，以提高材料的高温强度，并利用机械合金化降低了铌-钨酸锆复合材料的烧结温度，避免陶瓷相与基体之间的分离，制备的铌-钨酸锆复合材料的室温抗拉强度为220MPa～350MPa，600℃抗拉强度为75MPa～120MPa，25℃～600℃热膨胀系数为0.1×10-6K-1～1.9×10-6K-1，弹性模量≤100GPa。
Description
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种铌-钨酸锆复合材料及其制备方法。
背景技术
材料由于晶格热振动的非简谐振动效应而产生“热胀冷缩”。但是有些材料却与此相反，它们在加热时收缩而在冷却时膨胀，即具有“负热膨胀”(Negative Thermal Expansion，简称NTE)效应，我们称此类材料为负热膨胀材料或热致收缩材料。钨酸锆在0.3K～1050K的整个温度范围内都表现出负热膨胀行为。
钨酸锆在技术上的重要性主要体现高的负膨胀性质为控制高膨胀材料的膨胀系数而又不破坏高膨胀材料的优异性能提供了可能；提供了难得的室温以至近室温的热致收缩化合物，填补了热致收缩化合物在室温区间的空白。因此钨酸锆的研究受到科学界和工业界的关注，最具研究价值和应用前景。而现有的钨酸锆金属基复合材料主要在室温下使用，在高温环境中易膨胀，强度差，无法实现在高温环境中正常使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种室温抗拉强度为220MPa～350MPa，600℃抗拉强度为75MPa～120MPa，25℃～600℃热膨胀系数为0.1×10-6K-1～1.9×10-6K-1，弹性模量≤100GPa的铌-钨酸锆复合材料。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种铌-钨酸锆复合材料，其特征在于，由以下质量百分比的原料制成：钨酸锆35％～75％，铬1％～10％，铌20％～60％；所述钨酸锆的质量纯度不小于97％，铬的质量纯度不小于99％。
上述的一种铌-钨酸锆复合材料，由以下质量百分比的原料制成：钨酸锆40％～70％，铬3％～7％，铌25％～55％。
上述的一种铌-钨酸锆复合材料，由以下质量百分比的原料制成：钨酸锆60％，铬5％，铌35％。
上述的一种铌-钨酸锆复合材料，所述钨酸锆为粒径不大于5μm的钨酸锆粉末，铬为粒径不大于6μm的铬粉，铌为粒径不大于3μm的铌粉。
本发明还提供了一种铌-钨酸锆复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、按质量百分比称取原料，然后将称取的原料置于球磨机中，采用湿法球磨将原料混合均匀，得到浆料；
步骤二、将步骤一中所述浆料在真空条件下烘干，然后将烘干后的浆料研碎得到混合粉料；
步骤三、将步骤二中所述混合粉料在真空度不大于1×10-2Pa，温度为1200℃～1250℃，压力为30MPa～60MPa的条件下保温烧结1h～3h，淬火后取出，得到铌-钨酸锆复合材料。
上述步骤一中所述湿法球磨混合过程中以无水乙醇为分散剂，无水乙醇的用量为原料总体积的1～2倍。
上述步骤一中所述球磨机为行星式球磨机，球磨机的转速为220rpm～400rpm，球料比为5～8∶1，球磨时间为20h～24h。
上述步骤二中所述烘干的温度为80℃～90℃。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明通过将铬粉引入到铌-钨酸锆复合材料体系中，以提高材料的高温强度，并利用机械合金化降低了铌-钨酸锆复合材料的烧结温度，在较低温度下能达到铌与钨酸锆键合的目的，可避免陶瓷相与基体之间的分离，从而制备出性能优良的耐高温铌-钨酸锆复合材料。
2、本发明制备的铌-钨酸锆复合材料的室温抗拉强度为220MPa～350MPa，600℃抗拉强度为75MPa～120MPa，25℃～600℃热膨胀系数为0.1×10-6K-1～1.9×10-6K-1，弹性模量≤100GPa。
下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施方式
实施例1
本实施例的铌-钨酸锆复合材料，由以下质量百分比的原料制成：钨酸锆60％，铬5％，铌35％；所述钨酸锆的质量纯度不小于97％，铬的质量纯度不小于99％；所述钨酸锆为粒径不大于5μm的钨酸锆粉末，铬为粒径不大于6μm的铬粉，铌为粒径不大于3μm的铌粉。
本实施例的复合材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、按质量百分比称取原料，然后将称取的原料置于行星式球磨机中，以无水乙醇为分散剂，在球磨机的转速为400rpm，球料比为5∶1的条件下球磨混合20h，得到浆料；所述无水乙醇的用量为原料总体积的1倍；
步骤二、将步骤一中所述浆料在温度为80℃的真空条件下烘干，然后置于玛瑙研钵中研碎，得到混合粉料；
步骤三、将步骤二中所述混合粉料在真空度为1×10-2Pa，温度为1200℃，压力为30MPa的条件下保温烧结3h，淬火后取出，得到铌-钨酸锆复合材料。
本实施例制备的铌-钨酸锆复合材料的性能检测结果见表1。
实施例2
本实施例与实施例1相同，其中不同之处在于：铌-钨酸锆复合材料，由以下质量百分比的原料制成：钨酸锆35％，铬10％，铌55％。
本实施例制备的铌-钨酸锆复合材料的性能检测结果见表1。
实施例3
本实施例与实施例1相同，其中不同之处在于：铌-钨酸锆复合材料，由以下质量百分比的原料制成：钨酸锆75％，铬1％，铌24％。
本实施例制备的铌-钨酸锆复合材料的性能检测结果见表1。
实施例4
本实施例的铌-钨酸锆复合材料，由以下质量百分比的原料制成：钨酸锆35％，铬5％，铌60％；所述钨酸锆的质量纯度不小于97％，铬的质量纯度不小于99％；所述钨酸锆为粒径不大于5μm的钨酸锆粉末，铬为粒径不大于6μm的铬粉，铌为粒径不大于3μm的铌粉。
本实施例的复合材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、按质量百分比称取原料，然后将称取的原料置于行星式球磨机中，以无水乙醇为分散剂，在球磨机的转速为220rpm，球料比为8∶1的条件下球磨混合24h，得到浆料；所述无水乙醇的用量为原料总体积的2倍；
步骤二、将步骤一中所述浆料在温度为90℃的真空条件下烘干，然后置于玛瑙研钵中研碎，得到混合粉料；
步骤三、将步骤二中所述混合粉料在真空度为1×10-3Pa，温度为1250℃，压力为60MPa的条件下保温烧结1h，淬火后取出，得到铌-钨酸锆复合材料。
本实施例制备的铌-钨酸锆复合材料的性能检测结果见表1。
实施例5
本实施例与实施例4相同，其中不同之处在于：铌-钨酸锆复合材料，由以下质量百分比的原料制成：钨酸锆70％，铬10％，铌20％。
本实施例制备的铌-钨酸锆复合材料的性能检测结果见表1。
实施例6
本实施例与实施例4相同，其中不同之处在于：铌-钨酸锆复合材料，由以下质量百分比的原料制成：钨酸锆40％，铬5％，铌55％。
本实施例制备的铌-钨酸锆复合材料的性能检测结果见表1。
实施例7
本实施例的铌-钨酸锆复合材料，由以下质量百分比的原料制成：钨酸锆70％，铬3％，铌27％；所述钨酸锆的质量纯度不小于97％，铬的质量纯度不小于99％；所述钨酸锆为粒径不大于5μm的钨酸锆粉末，铬为粒径不大于6μm的铬粉，铌为粒径不大于3μm的铌粉。
本实施例的复合材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、按质量百分比称取原料，然后将称取的原料置于行星式球磨机中，以无水乙醇为分散剂，在球磨机的转速为300rpm，球料比为7∶1的条件下球磨混合22h，得到浆料；所述无水乙醇的用量为原料总体积的1.5倍；
步骤二、将步骤一中所述浆料在温度为85℃的真空条件下烘干，然后置于玛瑙研钵中研碎，得到混合粉料；
步骤三、将步骤二中所述混合粉料在真空度为1×10-2Pa，温度为1220℃，压力为50MPa的条件下保温烧结2h，淬火后取出，得到铌-钨酸锆复合材料。
实施例8
本实施例与实施例7相同，其中不同之处在于：铌-钨酸锆复合材料，由以下质量百分比的原料制成：钨酸锆68％，铬7％，铌25％。
本实施例制备的铌-钨酸锆复合材料的性能检测结果见表1。
实施例9
本实施例与实施例7相同，其中不同之处在于：铌-钨酸锆复合材料，由以下质量百分比的原料制成：钨酸锆65％，铬6％，铌29％。
本实施例制备的铌-钨酸锆复合材料的性能检测结果见表1。
对实施例1至实施例9的铌-钨酸锆复合材料切割成标距为30mm的拉伸试样和Φ5mm×25mm热膨胀系数试样，并对试样表面进行抛光处理，然后对抛光后的试样进行力学性能和热膨胀系数测试，其测试结果见下表：
表1实施例1至9的铌-钨酸锆复合材料的性能检测结果
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (8)
1.一种铌-钨酸锆复合材料，其特征在于，由以下质量百分比的原料制成：钨酸锆35%～75%，铬1%～10%，铌20%～60%；所述钨酸锆的质量纯度不小于97%，铬的质量纯度不小于99%；
所述铌-钨酸锆复合材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一、按质量百分比称取原料，然后将称取的原料置于球磨机中，采用湿法球磨将原料混合均匀，得到浆料；
步骤二、将步骤一中所述浆料在真空条件下烘干，然后将烘干后的浆料研碎得到混合粉料；
步骤三、将步骤二中所述混合粉料在真空度不大于1×10-2Pa，温度为1200℃～1250℃，压力为30MPa～60MPa的条件下保温烧结1h～3h，淬火后取出，得到铌-钨酸锆复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种铌-钨酸锆复合材料，其特征在于，由以下质量百分比的原料制成：钨酸锆40%～70%，铬3%～7%，铌25%～55%。
3.根据权利要求2所述的一种铌-钨酸锆复合材料，其特征在于，由以下质量百分比的原料制成：钨酸锆60%，铬5%，铌35%。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种铌-钨酸锆复合材料，其特征在于，所述钨酸锆为粒径不大于5μm的钨酸锆粉末，铬为粒径不大于6μm的铬粉，铌为粒径不大于3μm的铌粉。
5.一种制备如权利要求1至3中任一权利要求所述铌-钨酸锆复合材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、按质量百分比称取原料，然后将称取的原料置于球磨机中，采用湿法球磨将原料混合均匀，得到浆料；
步骤二、将步骤一中所述浆料在真空条件下烘干，然后将烘干后的浆料研碎得到混合粉料；
步骤三、将步骤二中所述混合粉料在真空度不大于1×10-2Pa，温度为1200℃～1250℃，压力为30MPa～60MPa的条件下保温烧结1h～3h，淬火后取出，得到铌-钨酸锆复合材料。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤一中所述湿法球磨混合过程中以无水乙醇为分散剂，无水乙醇的用量为原料总体积的1～2倍。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤一中所述球磨机为行星式球磨机，球磨机的转速为220rpm～400rpm，球料比为5～8∶1，球磨时间为20h～24h。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤二中所述烘干的温度为80℃～90℃。
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