及其固相烧结合成方法
【专利说明】一种新型负热膨胀发光材料HfScW2PO12及其固相烧结合成方法
技术领域
[0001]本发明属于无机非金属材料领域，具体涉及一种新型负热膨胀发光材料HfScW2PO12及其固相烧结合成方法。
【背景技术】
[0002]由晶格热振动的非谐效应产生的“热胀冷缩”性质已成为人们普遍接受的自然属性之一，但在自然界中也存在一些较为少见“热缩冷胀”的反常现象，即负热膨胀现象。随着科技的发展，人们对具有低膨胀系数或者零膨胀系数材料的需求越来越多，人们希望通过研宄负热膨胀(NTE)材料，利用这种材料与一般的正热膨胀材料复合，从而实现复合材料的热膨胀系数可控，甚至为零。这种复合材料可以最大限度的减少材料在温度急剧变化时产生的热应力，增加材料的抗热冲击强度，可广泛应用于航空航天、光学、光电子精密仪器制造等领域。自然界中绝大多数材料具有热胀冷缩性质，而具有相反性质的材料，即负热膨胀材料还非常有限，而性能优异、具有工程应用价值的负热膨胀材料则更是少之又少。目前，人们普遍研宄的氧化物负热膨胀材料主要包括LiAlSi04、ZrV2O7, Zrff2O8, Sc2 (WO4) 3、Y2Mo3O12等，但这些材料存在一些问题制约其应用。例如ZrW2O8在室温下为亚稳相材料，在150 V左右发生相变，与其他材料复合时易发生分解；ZrV207在室温下为3X3X3的超晶胞结构，只有在102 °C以上才转变为1X1X1的正常结构，表现出负热膨胀；A2M3012€列材料只有正交相才具有负热膨胀性质，一般来说，当A3+离子半径较小(如A=Al、Fe、Cr、In)时，室温下结晶为单斜相，只有在高温下才转化为正交结构；当43+离子半径较大(4=1^1、￥13、￥)时，结晶在室温下虽然是正交结构，但是其具有较强的吸水性，只有随着温度升高完全失去结晶水后，才表现出负热膨胀特性。结晶水的吸附与释放同时引起材料的巨大收缩和膨胀，使结晶的力学性能变差，制约其应用。
[0003]因此，研发一种负膨胀性能稳定、工艺简单、适合规模化生产的新型负膨胀材料是非常必要并且具有显著意义的。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供了一种负膨胀性能稳定的新型负热膨胀发光材料HfScW2PO12，提供该新型负热膨胀发光材料的固相烧结合成方法则是本发明的另一个目的。
[0005]基于上述目的，本发明采用以下技术方案:一种新型负热膨胀发光材料，分子式为:HfScff2P012o
[0006]所述新型负热膨胀发光材料的固相烧结合成方法，包括以下步骤:
(I)以摩尔比计，按Hf02:Sc 203:W0 3:P 205=2:1:4:1称取原料，混合，研磨均匀；(2)将研磨均匀的原料在空气气氛中烧结合成，自然冷却得到目标产物HfScW2PO12，其中，烧结条件为:温度 1100-1300 °C，时间 10 min~7 h。
[0007]进一步地，步骤(I)中，研磨前加入无水乙醇，能够快速均勾地将原料研磨充分。
[0008]进一步地，步骤(I)中，研磨时间为2 h，可使原料得到充分研磨。
[0009]另外，步骤(2)中，烧结前，可将混合均匀的原料进行压片处理，拿取方便。
[0010]本发明具有以下优点:
1、本发明提供的新型发光负热膨胀材料HfScW2PO12，在_138~1200°0范围内具有稳定的负热膨胀性质，且在紫外光的激发下能发出白色荧光，具有工程应用价值；
2、使用本发明提供的固相烧结合成方法，可一次烧结完成，反应过程简单，烧结速度快，反应时间短，在常压空气气氛中烧结1100~300 °C，烧结时间为10 min~7 h，在高温下原料反应充分，制成的产品纯度高，适合批量生产。
【附图说明】
[0011]图1为实施例1合成的HfScW2PO1^ XRD图谱(1300 °C烧结10 min)；
图2为实施例2合成的HfScW2PO1^ XRD图谱(1300 °C烧结3 h)；
图3为实施例3合成的HfScW2PO1^ XRD图谱(1300 °C烧结7 h)；
图4为实施例4合成的HfScW2PO1^ XRD图谱(1200 °C烧结4 h)；
图5为实施例5合成的HfScW2PO1^ XRD图谱(1100 °C烧结5 h)；
图6为实施例2合成的HfScW2PO1J^相对长度随测试温度(20~1200 V )的变化曲线； 图7为实施例2合成的HfScW2PO1J^相对长度随测试温度(_138~400 V )的变化曲线；
图8为实施例2合成的!1巧(^2?012在325 nm波长紫外光激发下的荧光照片；
图9为实施例2合成的把3(^^012在325 nm波长紫外光激发下的荧光光谱图。
【具体实施方式】
[0012]下面结合实施例对本发明进行详细说明。
[0013]实施例1
一种新型负热膨胀发光材料，分子式为:HfScW2P012。
[0014]该新型负热膨胀发光材料的固相烧结合成方法，包括以下步骤:(1)将分析纯试剂 HfO2、Sc203、W03、P2O5按摩尔比 Hf:Sc:ff:P=1:1:2:1，即 HfO 2:Sc 203:W0 3:P 205=2:1:4:1称取原料，在玛瑙研钵内混合均匀，加入无水乙醇后研磨2 ho
[0015](2)在单轴方向压强为300 Mpa条件下，将研磨均匀的原料压片处理，将高温管式炉的炉温设置到1300 °C，待高温管式炉内温度达到预设温度并稳定后，将装有样品的刚玉坩祸放入管式炉，常压空气气氛中烧结10 min，在空气中自然冷却。
[0016]产品对应的XRD图谱见图1，图1给出的XRD图谱中没有出现原料峰和可能的中间产物峰，表明制备的样品是纯正交相结构的HfScW2PO12。
[0017]实施例2
与实施例1不同之处在于:步骤(2)中，常压空气气氛中烧结3 ho
[0018]产品对应的XRD图谱见图2，图2给出的XRD图谱中没有出现原料峰和可能的中间产物峰，表明制备的样品是纯正交相结构的HfScW2PO12。
[0019]实施例3
与实施例1不同之处在于:步骤(2)中，常压空气气氛中烧结7 ho
[0020]产品对应的XRD图谱见图3，图3给出的XRD图谱中没有出现原料峰和可能的中间产物峰，表明制备的样品是纯正交相结构的HfScW2PO12。
[0021]实施例4
与实施例1不同之处在于:步骤(2)中，设置高温管式炉1200 °C，常压空气气氛中烧结
4h0
[0022]产品对应的XRD图谱见图4，图4给出的XRD图谱中没有出现原料峰和可能的中间产物峰，表明制备的样品是纯正交相结构的HfScW2PO12。
[0023]实施例5
与实施例4不同之处在于:步骤(2)中，设置高温管式炉1100 °C，常压空气气氛中烧结
5h0
[0024]产品对应的XRD图谱见图5，图5给出的XRD图谱中没有出现原料峰和可能的中间产物峰，表明制备的样品是纯正交相结构的HfScW2PO12。
[0025]实施例6性能检测
图6和图7是实施例2制备的HfScW2PO12其相对长度随测试温度的变化曲线，从图中可以看出，实施例2合成的HfScW2PO1Jg对长度随温度的增加而缩小，表明所制备材料为负热膨胀材料。通过计算得出线性膨胀系数约为-1.61 X 10_6 0C (20-1200 V)和-2.14X10—6 0C (-138-400 °C )，说明在_138~1200 °〇范围内该材料具有稳定的负热膨胀性质。
[0026]在拉曼光谱仪上对该新型负热膨胀发光材料进行观察，发现该材料在325 nm波长紫外光激发下能发出白色荧光，照片如图8所示，说明该材料可作为荧光材料使用，具有工程应用价值。该材料在325 nm波长紫外光激发下的荧光光谱图如图9所示。图9表明，该材料具有从近紫外到红光范围的宽光谱发光，说明其在白光LED发光器件中具有应用前景。
【主权项】
1.一种新型负热膨胀发光材料，其分子式为:HfScW2P012。
2.权利要求1所述新型负热膨胀发光材料的固相烧结合成方法，其特征在于，包括以下步骤:(1)以摩尔比计，按HfO2-Sc 203:W03:P 205=2:1:4:1称取原料，混合，研磨均匀；(2)将研磨均匀的原料在空气气氛中烧结合成，自然冷却得到目标产物HfScW2PO12，其中，烧结条件为??温度 1100-1300 °C，时间 10 min~7 h。
3.根据权利要求2所述新型负热膨胀发光材料的固相烧结合成方法，其特征在于，步骤(I)中，研磨前加入无水乙醇。
4.根据权利要求3所述新型负热膨胀发光材料的固相烧结合成方法，其特征在于，步骤(I)中，研磨时间为2 ho
【专利摘要】本发明公开了一种新型负热膨胀发光材料，属于无机非金属材料领域，分子式为：HfScW2PO12。该新型负热膨胀发光材料的固相烧结合成方法，包括以下步骤：（1）以摩尔比计，按HfO2：Sc2O3：WO3：P2O5=2：1：4：1称取原料，混合，研磨均匀；（2）将研磨均匀的原料在空气气氛中烧结合成，自然冷却得到目标产物HfScW2PO12，其中，烧结条件为：温度1100~1300℃，时间10min~7h。本发明提供的新型发光负热膨胀材料HfScW2PO12，在-138~1200℃范围内具有稳定的负热膨胀性质，且在紫外光的激发下能发出白色荧光，具有工程应用价值。
【IPC分类】C04B35-495, C04B35-622, C04B35-64
【公开号】CN104844205
【申请号】CN201510196139
【发明人】梁二军, 程永光, 袁保合, 葛向红, 陈冬霞, 晁明举
【申请人】郑州大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年4月23日