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陶瓷材料 HfScMo2VO12及其固相烧结合成方法。
【背景技术】
[0002] "热胀冷缩"是自然界最常见的现象之一，在温度剧烈变化或变化较大的场合，由 于不同材料热膨胀系数差异产生的热应力常常会引起材料或器件的性能指标变差，给人们 的生活带来很多困扰。具有"热缩冷胀"性能的材料被定义为负热膨胀材料，负热膨胀材料 的发现使研宄者看到了解决由于材料的膨胀系数不同而引起的"热失配"问题的途径。因 而，负热膨胀材料日益受到研宄者们的广泛关注。人们希望通过研宄负热膨胀（NTE)材料， 将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地减少材料在温度急剧变化时产生的热应力，从而增加材料的 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。
[0003] 负热膨胀材料的发展到现在已有几十年的时间，目前，普遍研宄的氧化物负热膨 胀材料主要包括LiAlSiCVZrV207、ZrW208、Sc2Mo3O12等系列，这些材料都因其特殊性能而得 到广泛关注。然而针对已有材料的研宄尚不完善，至今还没有得到大规模应用，原材料的选 取、吸水性的影响、相变、机械性能的提高、生产工艺复杂等问题亟待解决。例如，ZrW2O8在 室温下为亚稳相材料，在150 °C左右发生相变，与其他材料复合时易发生分解；ZrV2O7在室 温下为3X3X3的超晶胞结构，只有在102 °C以上才转变为IXIX1的正常结构，表现出负 热膨胀；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。到目前为止，所发现的负热膨胀材料种类十分有限，尤其是具有发光性能负热膨 胀陶瓷的研宄鲜有报道。
[0004] 因此，研发一种负热膨胀性能稳定、工艺简单、适合规模化生产且具有发光性能的 新型负热膨胀材料是非常必要并且具有显著意义的。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种性能稳定的新型负热膨胀发光陶瓷材料HfScM〇2V012， 提供该新型负热膨胀发光陶瓷材料的固相烧结合成方法则是本发明的另一个目的。
[0006] 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陶瓷材料，其分 子式为ScMo2VO12。
[0007] 所述新型负热膨胀发光陶瓷材料的固相烧结合成方法，包括以下步骤： (1) 原料按摩尔比批02:5〇 203以〇03:￥ 205=2:1:4:1混合并研磨均匀； (2)将研磨均匀的原料在空气气氛中于700~800°C下烧结0. 5h~7h，即得目标产物 HfScMo2VO12O
[0008] 进一步地，步骤（1)中，原料混合后加入无水乙醇进行研磨，能够快速均匀地将原 料研磨充分。
[0009] 进一步地，步骤（1)中，研磨时间为2h，可使原料得到充分研磨。
[0010] 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。
[0011] 本发明具有以下优点： 1、本发明提供的新型负热膨胀发光陶瓷材料，分子式为HfScM02VO12，其在-130~600°C范围内具有稳定的负热膨胀性质，在_130~400 °C和30~600 °C温度范围内的线性膨胀系数 分别为-2.78父10-6。(71(-130。0400。〇和-3.10\10'(7 1(30~600。〇，并且该发光陶 瓷材料在330nm或380nm波长紫外光的激发下能发出白色荧光，具有工程应用价值。
[0012] 2、本发明提供的固相烧结合成方法在常压空气气氛下即可进行，其反应过程简 单，烧结速度快、时间短，烧结温度控制在700~800 °C，这样的烧结条件可使原料反应充分， 制成的产品纯度高，适合批量生产。
【附图说明】
[0013] 图1为1#产品的XRD图谱（700 °C烧结5h); 图2为2#产品的XRD图谱（750 °C烧结5h); 图3为3#产品的XRD图谱（800 °C烧结5h); 图4为4#产品的XRD图谱（800 °C烧结0. 5h); 图5为5#产品的XRD图谱（800 °C烧结7h); 图6为3#产品的相对长度随测试温度（-130 °C~400 °C)的变化曲线； 图7为3#产品的HfScM02VO1J^相对长度随测试温度（30~600 °C)的变化曲线； 图8为3#产品合成的^^〇11〇2￥012在325nm波长激光激发下的荧光照片； 图9为3#产品合成的HfScMo2VO12分别在330nm和380nm波长光激发下的荧光光谱图。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合实施例对本发明进行详细说明。
[0015] 实施例1 一种新型负热膨胀发光陶瓷材料，其分子式为：HfScM〇2V012。
[0016] 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 11?)2、5。203、]\1〇03和￥ 205按摩尔比21':5(3:]\1〇 :￥=1:1:2:1，即11?)2:5。 203:]\1〇03:￥ 205=2:1: 4 :1在玛瑙研钵内混合均匀，加入无水乙醇后研磨2h。
[0017] (2)在单轴方向压强为300Mpa条件下，将研磨均匀的原料压片处理，将低温管式 炉的炉温设置到700 °C，待低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 坩埚放入管式炉，常压空气气氛中烧结5h，在管式炉中自然冷却，得到1#产品。
[0018] 实施例2~5 参照上述过程，改变温度和时间，分别制备其他产品，产品编号及条件列于表1。
[0019] 表1不同反应条件下的产品
【主权项】
1. 一种新型负热膨胀发光陶瓷材料，其分子式为：HfScM〇2V012。
2. 权利要求1所述新型负热膨胀发光陶瓷材料的固相烧结合成方法，其特征在于，包 括以下步骤： (1) 原料按摩尔比批02:5〇 203以〇03:￥ 205=2:1:4:1混合并研磨均匀； (2) 将研磨均匀的原料在空气气氛中于700~800 °C下烧结0. 5 h~7 h，即得目标产物 HfScMo2VO12O
3. 根据权利要求2所述新型负热膨胀发光陶瓷材料的固相烧结合成方法，其特征在 于，步骤（1)中，原料混合后加入无水乙醇进行研磨。
4. 根据权利要求3所述新型负热膨胀发光陶瓷材料的固相烧结合成方法，其特征在 于，步骤（1)中，研磨时间为2 h。
【专利摘要】本发明公开了一种新型负热膨胀发光陶瓷材料，属于无机非金属材料领域，分子式为：HfScMo2VO12。该新型负热膨胀发光陶瓷材料的固相烧结合成方法，包括以下步骤：（1）原料按摩尔比HfO2：Sc2O3：MoO3：V2O5=2：1：4：1混合并研磨均匀；（2）将研磨均匀的原料在空气气氛中于700~800℃下烧结0.5h~7h，即得目标产物HfScMo2VO12。本发明提供的新型负热膨胀发光陶瓷材料HfScMo2VO12 ，在-130~600℃范围内具有稳定的负热膨胀性质，且在330nm或380nm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, C04B35-50, C04B35-64
【公开号】CN104876579
【申请号】CN201510241655
【发明人】梁二军, 程永光, 葛向红, 袁保合, 陈冬霞, 郭娟, 毛彦超, 晁明举
【申请人】郑州大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月13日