CN114315351A - 一种高熵近零膨胀钒酸盐陶瓷材料及其烧结合成方法 - Google Patents
一种高熵近零膨胀钒酸盐陶瓷材料及其烧结合成方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114315351A CN114315351A CN202210079174.6A CN202210079174A CN114315351A CN 114315351 A CN114315351 A CN 114315351A CN 202210079174 A CN202210079174 A CN 202210079174A CN 114315351 A CN114315351 A CN 114315351A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- expansion
- zero
- lifemgzn
- thermal expansion
- sintering
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
本发明公开一种高熵近零膨胀钒酸盐陶瓷材料及其烧结合成方法，属于无机非金属材料技术领域，以LiNO3、Fe2O3、Mg(OH)2、ZnO、CuO、NH4VO3为原料，按目标产物(LiFeMgZn)0.15Cu1.4V2O7中化学计量摩尔比称取原料，研磨混合均匀后，直接或压片后600~750℃烧结合成3~5 h得到目标产物。本发明采用四种不同离子去部分替代Cu2V2O7中Cu2+离子，固相法制备出近零热膨胀材料(LiFeMgZn)0.15Cu1.4V2O7，工艺简单，低成本，适合于工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于无机非金属材料领域，特别涉及一种高熵近零膨胀钒酸盐陶瓷材料及其烧结合成方法。
背景技术
随着科技的发展，对器件的稳定性能要求越来越高，然而，由于材料的热胀冷缩，器件在反复的热冷循环过程中积累了热应力，当积累的热应力超过材料本身的结合力时，将通过产生微裂纹来释放热应力，降低器件的性能，继而裂纹变大，甚至部分材料脱离整体，器件将彻底失效。减小材料的热应力是提高器件热稳定性能的关键所在。
目前发现的负热膨胀材料，与通常的热膨胀材料即正热膨胀材料的热学性能相反，将正热膨胀材料与负热膨胀材料均匀复合可以降低热应力的积累。在材料受热过程中，正热膨胀的热膨胀产生的热应力通过负热膨胀材料的收缩来释放，这样可以部分消除热应力。如我们前期研究的正热膨胀金属Al与负热膨胀材料Zr2P2WO12就是其中一例 (一种热膨胀系数可控的金属基陶瓷材料Al-Zr2P2WO12的烧结合成方法，ZL201110283736.0)。然而，正热膨胀材料和负热膨胀材料复合的均匀度很难保证，在不同材料区域，因为热膨胀性能差异仍然会出现微裂纹，对于精密器件的高标准要求很难满足。
如何能实现单一相材料的低热膨胀材料目前仍具有很大挑战。首先调整热膨胀系数可以通过部分取代负热膨胀材料中一些离子来实现，然而还未达到近零热膨胀取代离子已经超过固溶度极限并出现新相，形成两相共存。另一方面，一些负热膨胀材料的负热膨胀现象与相变相连，在部分离子取代后，负热膨胀温度区间很快变窄，导致低热膨胀温度区间很窄，降低了实际应用意义。基于这两方面的研究，我们需要设计单一相的低热膨胀材料研究方案：在取代离子方面，需要尽量降低单一取代离子的量而远离其固溶度极限，从而避免第二相的离析。这就需要增加不同取代离子的数量，从而降低某一种取代离子的量；在负热膨胀材料选择方面，需要选择负热膨胀温度范围足够宽的材料，避免低热膨胀温度范围太窄。
Cu2V2O7是一种宽温区负热膨胀材料，稳定的α和β相Cu2V2O7的负热膨胀性已经研究报道过。李立等人研究了α相的Cu2V2O7，在室温到320oC，热膨胀系数为-7.81×10-6oC-1，在360oC到435oC以及520oC到600oC的热膨胀系数分别为-0.47×10-6oC-1和-10.56×10-6oC-1。王慧等人研究了β相的Cu2V2O7在-120oC到400oC的负热膨胀性能，膨胀系数为-20.2×10-6oC-1。在β相Cu2V2O7中引入Mg取代Cu， Cu1.5Mg0.5V2O7保留了β相，在-173 ~ 427 oC范围内，膨胀系数为-8.72×10−6oC−1。然而在接近零膨胀时，出现了相的分离。目前，通过掺杂实现Cu2V2O7在不超过固溶极限的情况下实现宽温度范围的近零膨胀还未见报道。
因此，本申请提供一种方法，采用多离子取代Cu2V2O7中Cu2+离子，任一种替代离子的量都低于固溶度极限，从而形成单一相的高熵近零膨胀材料。这种高熵近零膨胀材料的固相法制备，适合于工业生产，对推广应用近零膨胀材料具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于设计一种成本较低的高熵近零膨胀材料(LiFeMgZn)0.15Cu1.4V2O7材料及其简易固相烧结合成方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下:
高熵近零膨胀材料(LiFeMgZn)0.15Cu1.4V2O7的烧结合成方法，过程如下：以LiNO3、Fe2O3、Mg(OH)2、ZnO、CuO、NH4VO3为原料，按目标产物(LiFeMgZn)0.15Cu1.4V2O7中化学计量摩尔比Li:Fe:Mg:Zn:Cu:V=0.15:0.15:0.15:0.15:1.4:2称取原料，研磨混合均匀后，直接或压片后600~750℃烧结3~5 h得目标产物。
本发明的有益效果：
1. 本发明以LiNO3、Fe2O3、Mg(OH)2、ZnO、CuO和NH4VO3为原料，制备出新型高熵近零膨胀陶瓷(LiFeMgZn)0.15Cu1.4V2O7。
2. 本发明采用固相法烧结，工艺简单，低成本，适合于工业化生产。
附图说明
图1为实施例1合成的(LiFeMgZn)0.225Cu1.1V2O7的X射线衍射(XRD)图谱；
图2为实施例2合成的(LiFeMgZn)0.15Cu1.4V2O7的X射线衍射(XRD)图谱；
图3为实施例3合成的(LiFeMgZn)0.1Cu1.6V2O7的X射线衍射(XRD)图谱；
图4为实施例4所制备的Cu2V2O7的X射线衍射(XRD)图谱（PDF#73-1032为Cu2V2O7的标准卡片）；
图5为实施例1、2、3、4所制备的(LiFeMgZn)0.225Cu1.1V2O7、(LiFeMgZn)0.15Cu1.4V2O7、(LiFeMgZn)0.1Cu1.6V2O7、Cu2V2O7的相对长度随温度的变化曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。
实施例1
一种高熵近零膨胀钒酸盐陶瓷材料的烧结合成方法，过程如下：以LiNO3、Fe2O3、Mg(OH)2、ZnO、CuO和NH4VO3为原料，按(LiFeMgZn)0.225Cu1.1V2O7化学计量摩尔比Li:Fe:Mg:Zn:Cu:V=0.225:0.225:0.225:0.225:1.1:2称取原料，放到研钵内研磨2 h左右，用单轴方向压片机3吨的压力下压制成直径10 mm，高7 mm的圆柱体。放入马弗炉中，升温至650℃烧结5h，空气中自然降至室温。产品对应的XRD图谱物相分析见图1，图1的XRD结果显示形成了单相。
实施例2
与实施例1的不同之处在于：原料按目标产物(LiFeMgZn)0.15Cu1.4V2O7化学计量摩尔比Li:Fe:Mg:Zn:Cu:V=0.15:0.15:0.15:0.15:1.4:2称取原料。产品对应的XRD图谱物相分析见图2，图2的XRD结果显示形成了单相。
实施例3
与实施例1的不同之处在于：原料按目标产物(LiFeMgZn)0.1Cu1.6V2O7化学计量摩尔比Li:Fe:Mg:Zn:Cu:V=0.1:0.1:0.1:0.1:1.6:2称取原料。产品对应的XRD图谱物相分析见图3，图3的XRD结果显示形成了单相。
实施例4
与实施例1的不同之处在于：以CuO和NH4VO3为原料按Cu2V2O7化学计量摩尔比称取原料（Cu:V=2:2）。在马弗炉中，升温至740℃烧结5 h。产品对应的XRD图谱物相分析见图4，图4的XRD结果显示形成了单相Cu2V2O7。
热膨胀系数测试：
图5是实施例1、2、3、4所制备的陶瓷(LiFeMgZn)0.225Cu1.1V2O7、(LiFeMgZn)0.15Cu1.4V2O7、(LiFeMgZn)0.1Cu1.6V2O7、Cu2V2O7的相对长度随温度的变化曲线。对比可知：随着Cu含量的减小，由负热膨胀变为近零热膨胀，再由近零膨胀变为正热膨胀。Cu2V2O7和(LiFeMgZn)0.1Cu1.6V2O7的膨胀系数分别为负值-23.79×10-6oC-1 和-11.9×10-6oC-1 (室温~500 oC)，(LiFeMgZn)0.225Cu1.1V2O7的膨胀系数为正值6.36×10-6oC-1 (室温~500 oC)，(LiFeMgZn)0.15Cu1.4V2O7为近零膨胀，其膨胀系数为-9.8×10-7oC-1 (室温~500 oC)，特别地在室温到450℃，热膨胀系数达到-4.5×10-7oC-1。
Claims (2)
1.一种高熵近零膨胀钒酸盐陶瓷材料的烧结合成方法，其特征在于：以LiNO3、Fe2O3、Mg(OH)2、ZnO、CuO、NH4VO3为原料，按目标产物(LiFeMgZn)0.15Cu1.4V2O7中化学计量摩尔比称取原料，研磨混合均匀后，直接或压片后600~750℃烧结3~5 h得目标产物。
2.利用权利要求1所述的烧结合成方法得到的高熵近零膨胀钒酸盐陶瓷材料(LiFeMgZn)0.15Cu1.4V2O7。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210079174.6A CN114315351B (zh) | 2022-01-24 | 2022-01-24 | 一种高熵近零膨胀钒酸盐陶瓷材料及其烧结合成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210079174.6A CN114315351B (zh) | 2022-01-24 | 2022-01-24 | 一种高熵近零膨胀钒酸盐陶瓷材料及其烧结合成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114315351A true CN114315351A (zh) | 2022-04-12 |
| CN114315351B CN114315351B (zh) | 2022-09-23 |
Family
ID=81029121
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210079174.6A Active CN114315351B (zh) | 2022-01-24 | 2022-01-24 | 一种高熵近零膨胀钒酸盐陶瓷材料及其烧结合成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114315351B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023163058A1 (ja) * | 2022-02-28 | 2023-08-31 | 日本化学工業株式会社 | 負熱膨張材、その製造方法及び複合材料 |
| JP7427058B2 (ja) | 2022-02-28 | 2024-02-02 | 日本化学工業株式会社 | 負熱膨張材、その製造方法及び複合材料 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56123670A (en) * | 1980-03-03 | 1981-09-28 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Lithium copper-vanadate secondary battery |
| DE4334454A1 (de) * | 1993-10-09 | 1995-04-13 | Philips Patentverwaltung | Substituierter Barium-Neodyn-Titan-Perowskit Dielektrische, keramische Zusammensetzung, Kondensator und Mikrowellenkomponente |
| CN101422703A (zh) * | 2007-10-30 | 2009-05-06 | 赢创德固赛有限责任公司 | 离子导电型物质渗透性复合材料、其制备方法以及该复合材料的应用 |
| US20120034446A1 (en) * | 2009-02-25 | 2012-02-09 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Process for producing aluminum titanate-based ceramics fired body, and aluminum titanate-based ceramics fired body |
| CN108064219A (zh) * | 2015-07-06 | 2018-05-22 | 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 | 具有低热膨胀或负热膨胀的陶瓷和玻璃陶瓷 |
| CN108101108A (zh) * | 2017-12-14 | 2018-06-01 | 陕西科技大学 | 一种β-Cu2V2O7粉体的制备方法 |
| CN110961104A (zh) * | 2018-09-28 | 2020-04-07 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种钒银钨金属氧化物催化剂、其制备方法及其应用 |
| CN111170295A (zh) * | 2020-03-16 | 2020-05-19 | 管玲飞 | 一种导电性Mg-P共掺杂Cu2V2O7-石墨烯负热膨胀材料及其制法 |
| CN112390642A (zh) * | 2020-12-01 | 2021-02-23 | 郑州大学 | 一种负热膨胀材料Cu2V2-xPxO7及其制备方法 |
| CN112723862A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-04-30 | 太原理工大学 | 简单低耗制备高熵氧化物陶瓷材料的方法 |
-
2022
- 2022-01-24 CN CN202210079174.6A patent/CN114315351B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56123670A (en) * | 1980-03-03 | 1981-09-28 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Lithium copper-vanadate secondary battery |
| DE4334454A1 (de) * | 1993-10-09 | 1995-04-13 | Philips Patentverwaltung | Substituierter Barium-Neodyn-Titan-Perowskit Dielektrische, keramische Zusammensetzung, Kondensator und Mikrowellenkomponente |
| CN101422703A (zh) * | 2007-10-30 | 2009-05-06 | 赢创德固赛有限责任公司 | 离子导电型物质渗透性复合材料、其制备方法以及该复合材料的应用 |
| US20120034446A1 (en) * | 2009-02-25 | 2012-02-09 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Process for producing aluminum titanate-based ceramics fired body, and aluminum titanate-based ceramics fired body |
| CN108064219A (zh) * | 2015-07-06 | 2018-05-22 | 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 | 具有低热膨胀或负热膨胀的陶瓷和玻璃陶瓷 |
| CN108101108A (zh) * | 2017-12-14 | 2018-06-01 | 陕西科技大学 | 一种β-Cu2V2O7粉体的制备方法 |
| CN110961104A (zh) * | 2018-09-28 | 2020-04-07 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种钒银钨金属氧化物催化剂、其制备方法及其应用 |
| CN111170295A (zh) * | 2020-03-16 | 2020-05-19 | 管玲飞 | 一种导电性Mg-P共掺杂Cu2V2O7-石墨烯负热膨胀材料及其制法 |
| CN112390642A (zh) * | 2020-12-01 | 2021-02-23 | 郑州大学 | 一种负热膨胀材料Cu2V2-xPxO7及其制备方法 |
| CN112723862A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-04-30 | 太原理工大学 | 简单低耗制备高熵氧化物陶瓷材料的方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023163058A1 (ja) * | 2022-02-28 | 2023-08-31 | 日本化学工業株式会社 | 負熱膨張材、その製造方法及び複合材料 |
| JP7427058B2 (ja) | 2022-02-28 | 2024-02-02 | 日本化学工業株式会社 | 負熱膨張材、その製造方法及び複合材料 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114315351B (zh) | 2022-09-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114315351B (zh) | 一种高熵近零膨胀钒酸盐陶瓷材料及其烧结合成方法 | |
| JP2022531868A (ja) | ハイエントロピー希土類高靭性タンタル酸塩セラミックス及びその製造方法 | |
| CN112919908A (zh) | 一种新型钙钛矿结构高熵陶瓷及其制备方法 | |
| CN102336523A (zh) | 高导热稀土/AlN/微晶玻璃复合材料及其制备方法 | |
| CN101734925B (zh) | 可控气孔率的氮化硅多孔陶瓷及制备方法 | |
| Suzuki et al. | Preparation of cordierite ceramics from metal alkoxides (part 2) | |
| CN110981469A (zh) | 一种钛酸铋钠基高温压电陶瓷的制备方法 | |
| CN114702303A (zh) | 一种微波介质材料Ca3B2O6及其制备方法 | |
| CN115010491B (zh) | 一种高熵稀土钽酸盐陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN109053189B (zh) | 一种低介电常数高性能微波介质陶瓷材料、制备方法及应用 | |
| CN115611627A (zh) | 一种锆锡酸铅基反铁电陶瓷材料及其制备方法与应用 | |
| CN115572162A (zh) | 一种堆用中子控制用稀土中高熵铪酸盐陶瓷材料 | |
| CN112194485A (zh) | 一种热障涂层陶瓷材料及其制备方法和应用 | |
| CN112898022A (zh) | 一种超低温烧结微波介质材料Ca2V2O7-H3BO3及其制备方法 | |
| CN1594216A (zh) | 一种煤系高岭土合成高纯赛隆材料的方法 | |
| CN115073173B (zh) | 一种具备超高压电常数的弛豫铁电体pnn-pht材料的制备方法 | |
| CN117447202B (zh) | 单相微波介质陶瓷粉体、微波介质陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN115925401B (zh) | 一种低介硅酸盐微波介质陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN116730722B (zh) | 一种钙钛矿型铌酸钾钠基陶瓷及其制备方法 | |
| CN115010495B (zh) | 一种快速合成铜硒基块体热电材料的方法 | |
| AU2021105455A4 (en) | TixAlCy/TiCz/TiaAlb MULTI-PHASE COMPOSITE CERAMIC POWDER AND LOW-TEMPERATURE AND RAPID PREPARATION METHOD THEREOF | |
| CN116813335B (zh) | 具有宽温区高电卡效应的钛酸铋钠基弛豫铁电陶瓷材料及其制备方法和应用 | |
| CN115010493B (zh) | 一种高熵焦绿石介电陶瓷材料及其制备方法与应用 | |
| CN113307627B (zh) | 一种Nb2SB陶瓷块体的制备方法 | |
| CN118109735A (zh) | 一种高熵零热膨胀材料及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |