及其固相燒結方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于無機非金屬材料領域，特別涉及一種低熱膨脹材料Fe2W3012&其固相燒結方法。
【背景技術】
[0002]材料受熱膨脹導致的熱應力常常會引起材料或器件的性能指標變差，如火箭在大氣層快速飛行，其隔熱層受熱膨脹但未熔化而脫落，失去對火箭的保護作用、高溫爐管由于在高溫取放樣品時溫度劇烈變化而出現(xiàn)熱應力導致爐管裂縫或斷開、高射炮筒因發(fā)射炮彈急劇受熱膨脹降低射擊準確度、激光炮因熱透鏡效應出射光束的發(fā)散降低激光的功率等。為了減少材料的熱應力，必須探索熱膨脹系數(shù)為零或接近零的穩(wěn)定材料。
[0003]零膨脹系數(shù)的材料不易尋找，然而，盡管自然界中大多數(shù)材料具有熱脹冷縮的特性，也有一些材料在一定溫度范圍內(nèi)顯示熱縮冷脹的性質，即負熱膨脹，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，科研人員已經(jīng)開始探索將負熱膨脹材料與正熱膨脹材料復合制備可控熱膨脹系數(shù)或零膨脹材料，也有研究人員采用部分替代負熱膨脹材料中部分離子來獲得單一材料的近零膨脹性能，最大限度地減少材料的熱應力，提高材料的抗熱沖擊強度。基于這些重要應用，負膨脹材料逐漸引起大家的重視。然而，負膨脹材料的研究還仍處于試驗探索階段，對于大規(guī)模實際應用，還需要解決很多問題，如產(chǎn)品由于相變、吸水等特性導致機械性能和負膨脹性能變差、原材料成本較高、生產(chǎn)工藝復雜等。
[0004]在A2M3O12系列中，F(xiàn)e 2Mo301;^好制備，相關的研究報道很多，然而，F(xiàn)e 2W3012卻報道很少。V.K.Trunov和L.M.Kovba在1966年報道，他們不能用固相法通過L2O3和WO3來制^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應WO3 + Fe2O3 — Fe2WO6在高溫下很容易進行，而Fe 2W3012用常規(guī)的制備方法很難合成出來。N.Pernicone在1969年用共沉淀法得到Fe2W3O1^ TO 3的摩爾比為1:1的混合物(J.1norg.nucl.Chem.31 (1969) 3323-3324)，但是純相的Fe2W3O1^未制備出來。張海軍等人在2008年報道用溶膠-凝膠法很難制備純相的Fe 2ff3012(Chem.Eng.Commun.195 (2008) 243-255)。目前，采用固相法制備 Fe2W3O12的簡易方法還未見報道。
[0005]因此，研發(fā)一種純相？6213012適合于工業(yè)生產(chǎn)的簡易固相制備方法對推廣應用低熱膨脹材料具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種低熱膨脹材料Fe2W3O12及其固相燒結方法。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案如下:
一種低熱膨脹材料Fe2W3O12,該低熱膨脹材料以Fe2O3和WO 3為原料，MoO 3為催化劑，采用固相燒結合成方法制得。
[0008]進一步地，原料Fe2O3和WO 3的摩爾比為1: 3，催化劑MoO 3的量為所用WO 3摩爾量的
3-7 %o
[0009]上述的低熱膨脹材料Fe2W3O12的固相燒結方法，包括如下步驟:(I)按比例稱取Fe2O3和WO 3，加入催化劑MoO3,研磨混合均勻；(2)將步驟(I)中混合均勻的物料直接燒結或壓片后燒結，自然冷卻得目標產(chǎn)物，即低熱膨脹材料Fe2W3O12;其中，燒結條件為:溫度為1000-1020°C，時間為5-8 h，壓強為常壓，氣氛為空氣。
[0010]本發(fā)明的有益效果:
1.本發(fā)明采用以Fe2O3和WO 3為原料，MoO3S催化劑，制備出新型低熱膨脹材料Fe2W3O120
[0011 ] 2.本發(fā)明采用固相法燒結，工藝簡單，低成本，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0012]圖1 為實施例1 合成的 Fe2W3O1^ XRD 圖譜(3mol% MoO3, 1000°C，5h)。
[0013]圖2 為實施例 2 合成的 Fe2W3O1^ XRD 圖譜(3mol% MoO 3， 1020°C，5 h)。
[0014]圖3 為實施例 3 合成的 Fe2W3O1^ XRD 圖譜(5mol% MoO 3， 1000°C，5 h)。
[0015]圖4 為實施例 4 合成的 Fe2W3O1^ XRD 圖譜(5mol% MoO 3， 1020°C，5 h)。
[0016]圖5 為實施例 5 合成的 Fe2W3O1^ XRD 圖譜(7mol% MoO 3， 1000°C，5 h)。
[0017]圖6為實施例1和3所制備的Fe2W3O12的相對長度隨溫度的變化曲線。
【具體實施方式】
[0018]以下結合具體實施例對本發(fā)明的技術方案作進一步詳細說明，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此。
[0019]實施例1
低熱膨脹材料Fe2W3O1^固相燒結方法，步驟如下:
將原料Fe2O3和WO 3為原料按化學計量摩爾比1:3稱取，按WO 3摩爾量的3 %加入MoO 3，放到研缽內(nèi)研磨2 h，用單軸方向壓片機200 MPa的壓強下壓制成直徑10 mm、高10 mm的圓柱體。放入箱式爐中，升溫至1000°C燒結5 h，空氣中自然降至室溫。產(chǎn)品對應的XRD圖譜物相分析見圖1，圖1的XRD結果顯示形成了單斜相Fe2W3O12,含有少量的Fe2WOf^P未反應的 WO30
[0020]實施例2
與實施例1的不同之處在于:箱式爐升溫至1020°C燒結5h。產(chǎn)品對應的XRD圖譜物相分析見圖2，圖2的XRD結果顯示形成了較多的單斜相Fe2W3O12,仍有少量的Fe2WOf^P WO 3。
[0021]實施例3
與實施例1的不同之處在于:加入MoO3的量為WO 3摩爾量的5 %。產(chǎn)品對應的XRD圖譜物相分析見圖3，圖3的XRD結果顯示形成了純的單斜相Fe2W3O12 (沒有雜質相和原料的峰)。
[0022]實施例4
與實施例3的不同之處在于:箱式爐升溫至1020°C燒結5h。產(chǎn)品對應的XRD圖譜物相分析見圖4，圖4的XRD結果顯示形成了純的單斜相Fe2W3O12 (沒有雜質相和原料的峰)。
[0023]實施例5
與實施例1的不同之處在于:加入MoO3的量為WO 3摩爾量的7 %。產(chǎn)品對應的XRD圖譜物相分析見圖5，圖5的XRD結果顯示形成了純的單斜相Fe2W3O12 (沒有雜質相和原料的峰)。
[0024]膨脹系數(shù)測試:
圖6是實施例1和3所制備的Fe2W3O1^對長度隨溫度的變化曲線。可知:實施例1制備樣品純度較低，長度隨溫度的升高先較緩慢伸長，對應于單斜相，然后出現(xiàn)急劇伸長，其急劇伸長對應于相變過程(從單斜相到正交相，415-445Γ )，隨后又出現(xiàn)緩慢伸長，對應于正交相，不過這里邊有雜相的貢獻；實施例3制備的樣品純度較高，長度隨溫度的增加先緩慢伸長后急劇伸長，然后長度幾乎不變，表現(xiàn)出近零膨脹:9.42X 10 7 V 1 (415-445Γ)。
【主權項】
1.一種低熱膨脹材料Fe2W3012，其特征在于，該低熱膨脹材料以Fe2O3和胃03為原料，MoO3為催化劑，采用固相燒結方法制得。2.根據(jù)權利要求1所述的低熱膨脹材料Fe2W3O12,其特征在于，原料Fe2O3和WO3的摩爾比為1: 3，催化劑1003的添加量為所用WO 3摩爾量的3-7 %。3.根據(jù)權利要求1或2所述的低熱膨脹材料Fe2W3O12的固相燒結方法，其特征在于，包括如下步驟:(I)按比例稱取Fe2O3和WO 3，加入催化劑MoO3,研磨混合均勻；(2 )將步驟(I)中混合均勻的物料直接燒結或壓片后燒結，燒結完成后自然冷卻即得目標產(chǎn)物低熱膨脹材料Fe2W3O12;其中，燒結條件為:溫度為1000-1020°C，時間為5_8 h，壓強為常壓，氣氛為空氣。
【專利摘要】本發(fā)明屬于無機非金屬材料技術領域，特別公開了一種低熱膨脹材料Fe2W3O12及其固相燒結方法。以Fe2O3和WO3為原料，MoO3為催化劑，按目標產(chǎn)物Fe2W3O12中化學計量摩爾比Fe:W=2:3稱取原料，研磨混合均勻后，直接或壓片后1000~1020℃燒結合成5~8h得到目標產(chǎn)物。本發(fā)明采用MoO3為催化劑，固相法制備出低熱膨脹材料Fe2W3O12，工藝簡單，低成本，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
【IPC分類】C01G49/00
【公開號】CN105198001
【申請?zhí)枴緾N201510744103
【發(fā)明人】劉獻省, 張偉風, 王磊, 楊光
【申請人】河南大學
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年11月5日