及其固相烧结方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无机非金属材料领域，特别涉及一种低热膨胀材料Fe2W3012&其固相烧结方法。
【背景技术】
[0002]材料受热膨胀导致的热应力常常会引起材料或器件的性能指标变差，如火箭在大气层快速飞行，其隔热层受热膨胀但未熔化而脱落，失去对火箭的保护作用、高温炉管由于在高温取放样品时温度剧烈变化而出现热应力导致炉管裂缝或断开、高射炮筒因发射炮弹急剧受热膨胀降低射击准确度、激光炮因热透镜效应出射光束的发散降低激光的功率等。为了减少材料的热应力，必须探索热膨胀系数为零或接近零的稳定材料。
[0003]零膨胀系数的材料不易寻找，然而，尽管自然界中大多数材料具有热胀冷缩的特性，也有一些材料在一定温度范围内显示热缩冷胀的性质，即负热膨胀，比如A20(A-Ag、Cu)、BiN13' AVO5 (A-Nb、Ta)、ZrV2O7' AM2O8 (A_Zr、Hf; M-W、Mo)、A2M3O12 (A_Y、Yb、Sc 等；M-ff,Mo) ,CaZr4P6O24,A(CN)2(A-Cd^Zn),AFX(A-Sc,Zn; x-2,3)等等。目前，科研人员已经开始探索将负热膨胀材料与正热膨胀材料复合制备可控热膨胀系数或零膨胀材料，也有研究人员采用部分替代负热膨胀材料中部分离子来获得单一材料的近零膨胀性能，最大限度地减少材料的热应力，提高材料的抗热冲击强度。基于这些重要应用，负膨胀材料逐渐引起大家的重视。然而，负膨胀材料的研究还仍处于试验探索阶段，对于大规模实际应用，还需要解决很多问题，如产品由于相变、吸水等特性导致机械性能和负膨胀性能变差、原材料成本较高、生产工艺复杂等。
[0004]在A2M3O12系列中，Fe 2Mo301;^好制备，相关的研究报道很多，然而，Fe 2W3012却报道很少。V.K.Trunov和L.M.Kovba在1966年报道，他们不能用固相法通过L2O3和WO3来制^rL2(WO4)3 (L- Fe,Cr) (V.K.Trunov, L.M.Kovba, lzv.Akad.Nauk SSSR 2 (1966)151) ο其根本原因可能是只有反应WO3 + Fe2O3 — Fe2WO6在高温下很容易进行，而Fe 2W3012用常规的制备方法很难合成出来。N.Pernicone在1969年用共沉淀法得到Fe2W3O1^ TO 3的摩尔比为1:1的混合物(J.1norg.nucl.Chem.31 (1969) 3323-3324)，但是纯相的Fe2W3O1^未制备出来。张海军等人在2008年报道用溶胶-凝胶法很难制备纯相的Fe 2ff3012(Chem.Eng.Commun.195 (2008) 243-255)。目前，采用固相法制备 Fe2W3O12的简易方法还未见报道。
[0005]因此，研发一种纯相？6213012适合于工业生产的简易固相制备方法对推广应用低热膨胀材料具有重要意义。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种低热膨胀材料Fe2W3O12及其固相烧结方法。
[0007]为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下:
一种低热膨胀材料Fe2W3O12,该低热膨胀材料以Fe2O3和WO 3为原料，MoO 3为催化剂，采用固相烧结合成方法制得。
[0008]进一步地，原料Fe2O3和WO 3的摩尔比为1: 3，催化剂MoO 3的量为所用WO 3摩尔量的
3-7 %o
[0009]上述的低热膨胀材料Fe2W3O12的固相烧结方法，包括如下步骤:(I)按比例称取Fe2O3和WO 3，加入催化剂MoO3,研磨混合均匀；(2)将步骤(I)中混合均匀的物料直接烧结或压片后烧结，自然冷却得目标产物，即低热膨胀材料Fe2W3O12;其中，烧结条件为:温度为1000-1020°C，时间为5-8 h，压强为常压，气氛为空气。
[0010]本发明的有益效果:
1.本发明采用以Fe2O3和WO 3为原料，MoO3S催化剂，制备出新型低热膨胀材料Fe2W3O120
[0011 ] 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】
[0012]图1 为实施例1 合成的 Fe2W3O1^ XRD 图谱(3mol% MoO3, 1000°C，5h)。
[0013]图2 为实施例 2 合成的 Fe2W3O1^ XRD 图谱(3mol% MoO 3， 1020°C，5 h)。
[0014]图3 为实施例 3 合成的 Fe2W3O1^ XRD 图谱(5mol% MoO 3， 1000°C，5 h)。
[0015]图4 为实施例 4 合成的 Fe2W3O1^ XRD 图谱(5mol% MoO 3， 1020°C，5 h)。
[0016]图5 为实施例 5 合成的 Fe2W3O1^ XRD 图谱(7mol% MoO 3， 1000°C，5 h)。
[0017]图6为实施例1和3所制备的Fe2W3O12的相对长度随温度的变化曲线。
【具体实施方式】
[0018]以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不局限于此。
[0019]实施例1
低热膨胀材料Fe2W3O1^固相烧结方法，步骤如下:
将原料Fe2O3和WO 3为原料按化学计量摩尔比1:3称取，按WO 3摩尔量的3 %加入MoO 3，放到研钵内研磨2 h，用单轴方向压片机200 MPa的压强下压制成直径10 mm、高10 mm的圆柱体。放入箱式炉中，升温至1000°C烧结5 h，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结果显示形成了单斜相Fe2W3O12,含有少量的Fe2WOf^P未反应的 WO30
[0020]实施例2
与实施例1的不同之处在于:箱式炉升温至1020°C烧结5h。产品对应的XRD图谱物相分析见图2，图2的XRD结果显示形成了较多的单斜相Fe2W3O12,仍有少量的Fe2WOf^P WO 3。
[0021]实施例3
与实施例1的不同之处在于:加入MoO3的量为WO 3摩尔量的5 %。产品对应的XRD图谱物相分析见图3，图3的XRD结果显示形成了纯的单斜相Fe2W3O12 (没有杂质相和原料的峰)。
[0022]实施例4
与实施例3的不同之处在于:箱式炉升温至1020°C烧结5h。产品对应的XRD图谱物相分析见图4，图4的XRD结果显示形成了纯的单斜相Fe2W3O12 (没有杂质相和原料的峰)。
[0023]实施例5
与实施例1的不同之处在于:加入MoO3的量为WO 3摩尔量的7 %。产品对应的XRD图谱物相分析见图5，图5的XRD结果显示形成了纯的单斜相Fe2W3O12 (没有杂质相和原料的峰)。
[0024]膨胀系数测试:
图6是实施例1和3所制备的Fe2W3O1^对长度随温度的变化曲线。可知:实施例1制备样品纯度较低，长度随温度的升高先较缓慢伸长，对应于单斜相，然后出现急剧伸长，其急剧伸长对应于相变过程(从单斜相到正交相，415-445Γ )，随后又出现缓慢伸长，对应于正交相，不过这里边有杂相的贡献；实施例3制备的样品纯度较高，长度随温度的增加先缓慢伸长后急剧伸长，然后长度几乎不变，表现出近零膨胀:9.42X 10 7 V 1 (415-445Γ)。
【主权项】
1.一种低热膨胀材料Fe2W3012，其特征在于，该低热膨胀材料以Fe2O3和胃03为原料，MoO3为催化剂，采用固相烧结方法制得。2.根据权利要求1所述的低热膨胀材料Fe2W3O12,其特征在于，原料Fe2O3和WO3的摩尔比为1: 3，催化剂1003的添加量为所用WO 3摩尔量的3-7 %。3.根据权利要求1或2所述的低热膨胀材料Fe2W3O12的固相烧结方法，其特征在于，包括如下步骤:(I)按比例称取Fe2O3和WO 3，加入催化剂MoO3,研磨混合均匀；(2 )将步骤(I)中混合均匀的物料直接烧结或压片后烧结，烧结完成后自然冷却即得目标产物低热膨胀材料Fe2W3O12;其中，烧结条件为:温度为1000-1020°C，时间为5_8 h，压强为常压，气氛为空气。
【专利摘要】本发明属于无机非金属材料技术领域，特别公开了一种低热膨胀材料Fe2W3O12及其固相烧结方法。以Fe2O3和WO3为原料，MoO3为催化剂，按目标产物Fe2W3O12中化学计量摩尔比Fe:W=2:3称取原料，研磨混合均匀后，直接或压片后1000~1020℃烧结合成5~8h得到目标产物。本发明采用MoO3为催化剂，固相法制备出低热膨胀材料Fe2W3O12，工艺简单，低成本，适合于工业化生产。
【IPC分类】C01G49/00
【公开号】CN105198001
【申请号】CN201510744103
【发明人】刘献省, 张伟风, 王磊, 杨光
【申请人】河南大学
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年11月5日