CN103950986A

CN103950986A - 一种负膨胀材料钨酸钇粉末的制备方法

Info

Publication number: CN103950986A
Application number: CN201410211713.2A
Authority: CN
Inventors: 林小辉; 梁静; 郑欣; 喻吉良; 李来平
Original assignee: Northwest Institute for Non Ferrous Metal Research
Current assignee: Northwest Institute for Non Ferrous Metal Research
Priority date: 2014-05-19
Filing date: 2014-05-19
Publication date: 2014-07-30

Abstract

本发明公开了一种负膨胀材料钨酸钇粉末的制备方法，该方法为：一、采用湿法球磨的方法将氧化钇粉末和三氧化钨粉末混合均匀，烘干后研磨，得到原料混合物；二、将原料混合物置于马弗炉中进行焙烧处理，随炉冷却后破碎研磨，得到焙烧产物；三、将焙烧产物置于马弗炉中进行二次焙烧处理，随炉冷却后破碎研磨，得到二次焙烧产物；四、将二次焙烧产物过80～400目筛，取筛下物，得到钨酸钇粉末。该方法采用氧化钇和三氧化钨为原料，通过固相反应二次烧结法制备得到钨酸钇粉末，所需生产设备要求低、工艺流程简单、生产成本低，且制备过程无污染物产生、绿色环保、产物纯度较高。

Description

一种负膨胀材料钨酸钇粉末的制备方法

技术领域

本发明属于无机非金属材料的制备与合成技术领域，具体涉及一种负膨胀材料钨酸钇粉末的制备方法。

背景技术

负膨胀材料是指与普通材料的“热胀冷缩”现象相反，在加热时材料会发生体积收缩而在冷却时却发生体积膨胀，即具有“负热膨胀”(NegativeThermal Expansion，简称NTE)效应。负膨胀材料既可以单独用于一些需要冷胀热缩的场合，也可以通过与其他材料复合，形成热膨胀系数精确可控的低膨胀复合材料，在对材料热膨胀性能有特殊要求的领域得到应用。如航空航天高精密组件装置在极冷极热环境中，各部件的间隙配合方面，通过采用这类材料可以消除各部件间由于温度变化而带来的热膨胀失配，影响装置的正常工作。在望远镜、激光设备、光学通讯系统，可以作为超低膨胀材料提高光路的精确聚焦及准直，而不受温度变化的影响。在微电子领域，低膨胀材料可以与硅实现热膨胀匹配，避免循环热应力带来的热疲劳失效。另外，在其他精密控制等领域，以负膨胀材料制备的超低膨胀及零膨胀材料也有着广泛应用。

近年来对负膨胀材料的研究主要有以下几个方面：以ZrV₂O₇为代表的AM₂O₇系列，以ZrW₂O₈为代表的AM₂O₈系列，以及A₂M₃O₁₂为代表的稀土钨酸盐系列。钨酸钇属于稀土钨酸盐系列，有报道称，在15K～1373K温度范围内，其本征线膨胀系数可以达到-7×10^-6/K，比同系列的Sc₂W₃O₁₂和Lu₂W₃O₁₂具有更好的负膨胀性能和更宽的使用温度范围。现有文献中有采用多次烧结固相法制备钨酸锆的工艺，该方法虽然能够得到单一相的钨酸锆产物，但其制备过程中需要多次烧结，且每次烧结的工艺参数多变，过程繁琐且条件不易控制，此外烧结结束后还需要对产物进行淬冷处理，可能需要采用液氮急冷才能得到最终产物，要求过高。

目前，在钨酸钇的合成方面尚没有相关专利，但有部分文献报道了实验室用于合成钨酸钇的几种方法，主要有液相复分解法，激光快速凝固烧结法，热解同多钨酸盐法等方法。液相复分解法是在钨酸钠溶液中加入硝酸钇溶液，通过调节pH值、试验温度、摩尔比、钇溶液滴加速度、搅拌速度等条件，控制钨酸钇的合成，通过该方法可以得到粒度较细的钨酸钇粉末，但反应控制条件及影响因素比较复杂。激光快速烧结法在钨酸铝的制备中已取得了成功，也可被用来制备具有近似结构的钨酸钇块体材料，该方法具有制备快速的优点，但由于材料表面直接受激光照射，温度最高，而表面以下温度很低，容易发生反应不均匀问题。热解同多钨酸盐法是使钨酸根离子在酸性条件下形成多钨酸盐，通过溶液反应得到同多钨酸钇前驱体，然后采用阶梯式升温加热分解得到钨酸钇材料。该方法还可以通过控制溶液反应中的pH值和钇、钨(Y:W)摩尔比，在不同温度下煅烧，得到不同的钨酸盐热解产物。

现有的钨酸钇制备方法中虽然各有优点，但也存在着不少问题，如合成工艺复杂，反应不均匀，对设备要求高、有废液产生、不适合大规模生产等。因此研发一种流程短、设备需求简单、成本低并适合大规模生产的钨酸钇粉末的方法具有重要的实用价值，能够为低膨胀及定膨胀复合材料的制备提供必要的原料保证。

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中的不足，提供一种负膨胀材料钨酸钇粉末的制备方法。该方法采用氧化钇粉末和三氧化钨粉末为原料，通过固相反应二次烧结法制备得到钨酸钇粉末，制备流程短、合成工艺简便、固相反应均匀、设备需求简单、成本低并适合大规模生产，此外本发明的生产制备过程无污染物产生、绿色环保且产物纯度较高，可达到90％以上。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种负膨胀材料钨酸钇粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、采用湿法球磨的方法将氧化钇粉末和三氧化钨粉末混合均匀，烘干后研磨，得到原料混合物；所述氧化钇粉末和三氧化钨粉末的摩尔比为1:3；

步骤二、将步骤一中所述原料混合物置于马弗炉中进行焙烧处理，随炉冷却后破碎研磨，得到焙烧产物；所述焙烧处理的温度为1050℃～1200℃，时间为8h～10h；

步骤三、将步骤二中所述焙烧产物置于马弗炉中进行二次焙烧处理，随炉冷却后破碎研磨，得到二次焙烧产物；所述二次焙烧处理的温度和时间与步骤二中所述焙烧处理的温度和时间均相同；

步骤四、将步骤三中所述二次焙烧产物过80～400目筛，取筛下物，得到钨酸钇粉末。

上述的一种负膨胀材料钨酸钇粉末的制备方法，其特征在于，步骤一中所述湿法球磨的方法为：向氧化钇粉末和三氧化钨粉末中加入乙醇后在行星球磨机中湿混1h～4h，所述行星球磨机的球料比为(4～6):1，转速为180r/min～400r/min。

上述的一种负膨胀材料钨酸钇粉末的制备方法，其特征在于，所述球料比为5:1，转速为300r/min。

上述的一种负膨胀材料钨酸钇粉末的制备方法，其特征在于，步骤二中所述焙烧处理的温度为1100℃，时间为9h。

上述的一种负膨胀材料钨酸钇粉末的制备方法，其特征在于，步骤三中所述研磨的具体方式为机械研磨。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的方法采用氧化钇粉末和三氧化钨粉末为原料，通过固相反应二次烧结法制备得到钨酸钇粉末，制备流程短、合成工艺简便、固相反应均匀、设备需求简单、成本低并适合大规模生产，此外本发明的生产制备过程无污染物产生、绿色环保且产物纯度较高，可达到90％以上。

2、本发明通过控制两次烧结处理过程中的温度和时间等工艺参数，并在两次烧结处理后对产物进行研磨，有利于合成钨酸钇的固相反应均匀，经过二次烧结工艺能够非常简便高效的制备得到负膨胀材料钨酸钇粉末；而且本发明中高温烧结处理后的产物只需随炉自然冷却即可，避免了采用淬冷的冷却方式，简便了生成工艺，降低了制备成本。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的产物钨酸钇粉末的XRD谱图。

图2为本发明实施例2制备的产物钨酸钇粉末的XRD谱图。

具体实施方式

实施例1

本实施例的制备方法包括以下步骤：

步骤一、采用湿法球磨的方法将22.6g氧化钇粉末和69.6g三氧化钨粉末混合均匀，烘干后研磨，得到原料混合物；所述湿法球磨的方法为：向氧化钇粉末和三氧化钨粉末中加入乙醇后在行星球磨机中湿混3h，所述行星球磨机的球料比为5:1，转速为300r/min；

步骤二、将步骤一中所述原料混合物置于马弗炉中进行焙烧处理，随炉冷却后破碎研磨，得到焙烧产物；所述焙烧处理的温度为1100℃，时间为9h；

步骤四、将步骤三中所述二次焙烧产物过300目筛，取筛下物，得到钨酸钇粉末。

图1为本实施例制备的产物钨酸钇粉末的XRD图谱。本实施例制备的钨酸钇粉末中Y₂(WO₄)₃的质量含量为95.6wt％，此外还残留微量未反应完全的WO₃(4.4wt％)。

实施例2

本实施例的制备方法包括以下步骤：

步骤一、采用湿法球磨的方法将11.3g氧化钇粉末和34.8g三氧化钨粉末混合均匀，烘干后研磨，得到原料混合物；所述湿法球磨的方法为：向氧化钇粉末和三氧化钨粉末中加入乙醇后在行星球磨机中湿混4h，所述行星球磨机的球料比为4:1，转速为180r/min；

步骤二、将步骤一中所述原料混合物置于马弗炉中进行焙烧处理，随炉冷却后破碎研磨，得到焙烧产物；所述焙烧处理的温度为1200℃，时间为10h；

步骤四、将步骤三中所述二次焙烧产物过400目筛，取筛下物，得到钨酸钇粉末。

图2为本实施例制备的产物钨酸钇粉末的XRD图谱。本实施例制备的钨酸钇粉末中Y₂(WO₄)₃的质量含量为90.1wt％，有少量的副产物Y₆WO₁₂(6.1wt％)生成，此外还残留微量未反应完全的WO₃(3.8wt％)。

实施例3

本实施例的制备方法包括以下步骤：

步骤一、采用湿法球磨的方法将11.3g氧化钇粉末和34.8g三氧化钨粉末混合均匀，烘干后研磨，得到原料混合物；所述湿法球磨的方法为：向氧化钇粉末和三氧化钨粉末中加入乙醇后在行星球磨机中湿混2h，所述行星球磨机的球料比为6:1，转速为400r/min；

步骤二、将步骤一中所述原料混合物置于马弗炉中进行焙烧处理，随炉冷却后破碎研磨，得到焙烧产物；所述焙烧处理的温度为1050℃，时间为8h；

步骤四、将步骤三中所述二次焙烧产物过200目筛，取筛下物，得到钨酸钇粉末。

本实施例制备的钨酸钇粉末中Y₂(WO₄)₃的质量含量为94.3wt％，此外还残留微量未反应完全的WO₃(5.7wt％)。

实施例4

本实施例的制备方法包括以下步骤：

步骤一、采用湿法球磨的方法将22.6g氧化钇粉末和69.6g三氧化钨粉末混合均匀，烘干后研磨，得到原料混合物；所述湿法球磨的方法为：向氧化钇粉末和三氧化钨粉末中加入乙醇后在行星球磨机中湿混1h，所述行星球磨机的球料比为6:1，转速为200r/min；

步骤二、将步骤一中所述原料混合物置于马弗炉中进行焙烧处理，随炉冷却后破碎研磨，得到焙烧产物；所述焙烧处理的温度为1150℃，时间为9h；

步骤四、将步骤三中所述二次焙烧产物过80目筛，取筛下物，得到钨酸钇粉末。

本实施例制备的钨酸钇粉末中Y₂(WO₄)₃的质量含量为94.6wt％，有少量的副产物Y₆WO₁₂(3.3wt％)生成，此外还残留微量未反应完全的WO₃(3.1wt％)。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本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

1.一种负膨胀材料钨酸钇粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.按照权利要求1所述的一种负膨胀材料钨酸钇粉末的制备方法，其特征在于，步骤一中所述湿法球磨的方法为：向氧化钇粉末和三氧化钨粉末中加入乙醇后在行星球磨机中湿混1h～4h，所述行星球磨机的球料比为(4～6):1，转速为180r/min～400r/min。

3.按照权利要求2所述的一种负膨胀材料钨酸钇粉末的制备方法，其特征在于，所述球料比为5:1，转速为300r/min。

4.按照权利要求1所述的一种负膨胀材料钨酸钇粉末的制备方法，其特征在于，步骤二中所述焙烧处理的温度为1100℃，时间为9h。

5.按照权利要求1所述的一种负膨胀材料钨酸钇粉末的制备方法，其特征在于，步骤三中所述研磨的具体方式为机械研磨。