负膨胀材料Zr2P2MO12的制备及性能研究

论文摘要

负膨胀材料,在一定的温度范围内,其平均热膨胀系数为负值,即具有“热缩冷胀”的特性。由于这类材料在电子,光学,航天航空等领域具有广阔的应用空间和巨大的应用价值,所以从被发现以来,已经引起大家的广泛关注。作为其中的重要成员,正交相的A2（MO4）3系列材料具有很大的各向异性负膨胀系数,且灵活多变,不仅三价离子A3+可以被不同元素替代,还可以用五价离子替代六价的M,Zr2P2MO12（M为W或Mo）材料就是用P替换其中的部分W或Mo而得到的一类材料。Zr2P2MO12可以在很大的温度范围内保持正交相和负膨胀性能,且不吸水,具有很高的稳定性。但对这类材料的制备方法和性能研究尚处于起步阶段。为此,我们用快速烧结合成法对Zr2P2WxMo1-xO12（0≤x≤1）和Zr2PVMoO12的制备进行了研究,运用XRD和拉曼光谱技术研究其性能,并对这些材料的拉曼光谱进行了分析。作为Zr2P2MO12材料的功能化应用,Zr2P2WO12与ZrW2O8的复合陶瓷可以用来做光纤布拉格光栅的绝热衬底,在本文中用高温快速烧结法制备出Zr2P2WO12与ZrW2O8的复合陶瓷。研究的主要结果和结论如下：1利用快速烧结合成法在较短的时间内制备出高纯度的Zr2P2WxMo1-xO12（0<x≤1）材料。烧结Zr2P2WO12的工艺参数为：烧结温度1200-1400℃,烧结时间不少于20分钟。烧结Zr2P2MoO12和Zr2P2WxMo1-xO12（0<x<1）的工艺参数为：初次烧结温度850-900℃,烧结时间0.5-1h,二次烧结温度1000-1100℃,烧结时间不少于30分钟。烧结Zr2PVMoO12的工艺参数为：烧结温度850℃,烧结时间2h。2对于Zr2P2WO12、Zr2P2MoO12和Zr2P2WxMo1-xO12（0<x<1）,通过XRD分析发现,在室温下他们都为正交相,由PO4/VO4/MO4四面体与ZrO6八面体共享顶角,形成开放式框架结构并具有各向异性的负膨胀性能。通过测试这些材料的变温拉曼光谱发现,他们在20-600℃之间没有发生相变和放水,即始终保持了负膨胀特性。3通过对Zr2P2WxMo1-xO12（O≤x≤1）的拉曼光谱分析发现,相对于A2（M04）3材料的拉曼光谱,其在1200-1060cm-1和760-460cm-1之间多出了几个拉曼峰,这是由于PO4的存在引起的。对Zr2P2WxMo1-xO12 （0≤x≤1）的拉曼光谱比较后进而发现,随着x的变化,拉曼谱发生了相应改变,据此,对Zr2P2WxMo1-xO12（0≤x≤1）的拉曼峰进行了具体指认。4利用快速烧结合成法制备出高纯度的Zr2P2WO12与ZrW2O8的复合陶瓷以及新材料Zr2PVMO12。通过XRD分析发现,在运用了快速冷却技术后,在Zr2P2WO12与ZrW2O8的复合陶瓷中避免了ZrW2O8的分解。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 负膨胀材料
• 1.1.1 负膨胀材料的研究背景与进展
• 1.1.2 负膨胀机理
• 1.1.3 负膨胀材料的分类
• 1.2 负膨胀材料的制备方法
• 1.3 负膨胀材料的表征技术
• 1.4 负膨胀材料研究有待解决的问题
• 1.5 本文的研究的目的,内容与意义
• 2 材料的制备与表征技术的原理
• 2.1 高温快速烧结负膨胀材料
• 2.1.1 烧结原理
• 2.1.2 烧结使用窑炉
• 2.1.3 主要烧结方式
• 2.2 拉曼光谱
• 2.2.1 拉曼光谱技术的发展
• 2.2.2 拉曼光谱的原理
• 2.2.3 拉曼光谱应用
• 2.2.4 拉曼光谱仪
• 2.3 膨胀系数测量原理
• 2.3.1 测量原理
• 2.3.2 光电位置探测器PSD
• 2P₂MO₁₂的制备与研究'>3 Zr₂P₂MO₁₂的制备与研究
• 3.1 引言
• 2P₂WO₁₂的制备与研究'>3.2 Zr₂P₂WO₁₂的制备与研究
• 2P₂WO₁₂的制备'>3.2.1 Zr₂P₂WO₁₂的制备
• 3.2.2 实验结果与分析
• 2P₂WO₁₂的制备与研究'>3.3 Zr₂P₂WO₁₂的制备与研究
• 2P₂WO₁₂的制备'>3.3.1 Zr₂P₂WO₁₂的制备
• 3.3.2 实验结果与分析
• 2P₂W_xMo_1-xO₁₂的制备与研究'>3.4 Zr₂P₂W_xMo_1-xO₁₂的制备与研究
• 2P₂W_xMo_1-xO₁₂（03.4.1 Zr₂P₂W_xMo_1-xO₁₂（0
• 3.4.2 实验结果与分析
• 3.5 本章小结
• 2P₂WO₁₂与ZrW₂O₈的复合及Zr₂PVMoO₁₂的制备与研究'>4 Zr₂P₂WO₁₂与ZrW₂O₈的复合及Zr₂PVMoO₁₂的制备与研究
• 2P₂WO₁₂与ZrW₂O₈复合陶瓷的制备研究'>4.1 Zr₂P₂WO₁₂与ZrW₂O₈复合陶瓷的制备研究
• 2P₂WO₁₂与ZrW₂O₈复合陶瓷拉曼研究'>4.2 Zr₂P₂WO₁₂与ZrW₂O₈复合陶瓷拉曼研究
• 2PVMoO₁₂的制备研究'>4.3 Zr₂PVMoO₁₂的制备研究
• 4.4 本章小结
• 5 膨胀系数测量仪
• 5.1 膨胀系数测量仪的结构
• 5.1.1 加热系统
• 5.1.2 光路放大系统
• 5.1.3 PSD探测系统
• 5.2 误差的理论分析
• 5.2.1 安装调试误差
• 5.2.2 PSD测试误差
• 5.2.3 标定误差
• 5.2.4 环境误差
• 5.3 实验结果
• 5.3.1 实验条件
• 5.3.2 实验结果
• 5.4 本章小结
• 全文总结
• 参考文献
• 致谢