本發(fā)明涉及一種ca1-x-ysrxbayzr4(po4)6超低熱膨脹陶瓷材料及其制備方法，屬于低熱膨脹陶瓷領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

低熱膨脹是材料專業(yè)的科學(xué)家一直在探索的材料性能，其在航天航空、精密測(cè)量、發(fā)動(dòng)機(jī)等許多方面具有重要的價(jià)值應(yīng)用^[1]，而nzp族材料可以滿足這個(gè)要求。

鋯磷酸鈉nazr2p3o12簡稱為nzp，是一族具有特殊結(jié)構(gòu)的功能陶瓷材料。當(dāng)na⁺被不同的m離子替代時(shí)，隨著溫度升高，m-o鍵增長，而p-o鍵、zr-o鍵基本不變，使得o-p-o及zr-o-p的鍵角發(fā)生變化，宏觀上表現(xiàn)為材料的熱膨脹系數(shù)發(fā)生改變^[2]，因此，在低熱膨脹陶瓷領(lǐng)域有良好的前景^[3]。但是，純的nzp族化合物很難燒結(jié)，如利用固相法制備的nzp族粉體至少需要1500℃以上高溫并且保溫48h以上，才能良好燒結(jié)；同時(shí)，目前研究的ca1-x-ysrxzr4(po4)6、ca1-x-ybayzr4(po4)6陶瓷最低的平均線熱膨脹系數(shù)分別為0.22×10^-6/℃、0.5×10^-6/℃。本發(fā)明把srzr4(po4)6、bazr4(po4)6與具有相悖熱膨脹各異向性的組成cazr4(po4)6互溶，形成三元固溶體ca1-x-ysrxbayzr4(po4)6陶瓷材料。在提高材料易燒結(jié)性的同時(shí)，降低材料的熱膨脹系數(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于以nzp陶瓷為基體，由ca²⁺、sr²⁺、ba²⁺復(fù)合取代na⁺，提供一種具有超低熱膨脹特性的ca1-x-ysrxbayzr4(po4)6磷酸鹽陶瓷材料，以及一種簡便的ca1-x-ysrxbayzr4(po4)6陶瓷材料的制備方法。

本發(fā)明的材料的化學(xué)組成式為ca1-x-ysrxbayzr4(po4)6，當(dāng)x=0.3、y=0.15-0.25時(shí)材料屬于超低熱膨脹陶瓷。

本發(fā)明技術(shù)方案為：一種簡便的ca1-x-ysrxbayzr4(po4)6陶瓷材料的制備方法。其中，x取值為0.1-0.9，y取值為0.1-0.9。

（1）按照設(shè)計(jì)的配方，分別稱取caco3、srco3、baco3、zrocl2·8h2o以及(nh4)2hpo4。配制濃度為0.5-1mol/l的zrocl2·8h2o水溶液，將srco3、baco3和caco3相繼加入其中，并攪拌均勻。配制濃度為1-1.5mol/l的(nh4)2hpo4水溶液，將含ca²⁺、sr²⁺、ba²⁺、zr⁴⁺的混合溶液滴加到(nh4)2hpo4溶液中，并在反應(yīng)過程中滴加氨水保持在堿性環(huán)境（8≤ph≤9.5）下反應(yīng)。形成的共沉淀物用蒸餾水洗滌并用乙醇進(jìn)行分散，之后將沉淀物置于干燥箱中在60-80℃下干燥至恒重。

（2）共沉淀物經(jīng)過溫度900-1000℃煅燒4-6h，將煅燒得到的粉體球磨4-6h后干燥，然后過篩、造粒、成型，在溫度1350-1450℃下燒結(jié)。

本發(fā)明的有益效果：

用于煅燒后制得原料粉體的前驅(qū)體采用共沉淀法制備，其克服了因?yàn)楣滔嗪铣煞ǖ臒Y(jié)溫度太高以及組成分布不均勻的劣勢(shì)。此法制備粉體還具有產(chǎn)品純度高、產(chǎn)率高、粉體燒結(jié)活性好、生產(chǎn)工藝簡單等優(yōu)勢(shì)，便于推廣應(yīng)用。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1制備的ca0.55sr0.3ba0.15zr4(po4)6粉體的xrd圖譜。

圖2為實(shí)施例2制備的ca0.5sr0.3ba0.2zr4(po4)6粉體的xrd圖譜。

圖3為實(shí)施例3制備的ca0.45sr0.3ba0.25zr4(po4)6粉體的xrd圖譜。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明的特點(diǎn)作進(jìn)一步描述，但是并非僅僅局限于下述實(shí)施例。

實(shí)施例１

（1）按照x=0.3，y=0.15計(jì)算出原料caco3、srco3、baco3、zrocl2·8h2o以及(nh4)2hpo4的質(zhì)量，然后用天平分別稱取。將zrocl2·8h2o溶于蒸餾水中形成濃度為1mol/l的水溶液，(nh4)2hpo4溶于蒸餾水中形成濃度為1.5mol/l的水溶液，并分別置于磁力攪拌器上攪拌均勻。將srco3、baco3和caco3相繼加入已配好的zrocl2·8h2o的水溶液中，并于磁力攪拌器上攪拌均勻。將上述混合溶液用分液漏斗勻速滴加到(nh4)2hpo4溶液中，并在反應(yīng)過程中滴加氨水保持在8.5≤ph≤9的堿性環(huán)境下反應(yīng)。形成的共沉淀物先經(jīng)過三到四次蒸餾水過濾之后，再用乙醇進(jìn)行分散，之后將沉淀物置于干燥箱中在80℃下干燥至恒重。

（2）將干燥后的沉淀物進(jìn)行研磨，后再經(jīng)過900℃煅燒6h，將煅燒得到的粉體球磨6h后干燥，然后過60目篩。

（3）將粉體進(jìn)行造粒、壓片成型。將壓好的片在1350℃下保溫4h進(jìn)行燒結(jié)。

對(duì)ca0.55sr0.3ba0.15zr4(po4)6材料進(jìn)行測(cè)試，在900℃條件下煅燒所得粉體的xrd圖譜見圖1，表明共沉淀產(chǎn)物經(jīng)高溫煅燒后完全轉(zhuǎn)化為所需要的ca0.55sr0.3ba0.15zr4(po4)6化合物形式的晶體物質(zhì)。熱膨脹系數(shù)測(cè)試得ca0.55sr0.3ba0.15zr4(po4)6在溫度20-800℃的平均線熱膨脹系為1.762×10^-6/℃，屬于超低熱膨脹陶瓷材料。

實(shí)施例2

（1）按照x=0.3，y=0.2計(jì)算出原料caco3、srco3、baco3、zrocl2·8h2o以及(nh4)2hpo4的質(zhì)量，然后用天平分別稱取。將zrocl2·8h2o溶于蒸餾水中形成濃度為0.7mol/l的水溶液，(nh4)2hpo4溶于蒸餾水中形成濃度為1.2mol/l的水溶液，并分別置于磁力攪拌器上攪拌均勻。將caco3、srco3、baco3相繼加入已配好的zrocl2·8h2o的水溶液中，并分別于磁力攪拌器上攪拌均勻。將上述混合溶液用分液漏斗勻速滴加到(nh4)2hpo4溶液中，并在反應(yīng)過程中滴加氨水保持在8.7≤ph≤9.2的堿性環(huán)境下反應(yīng)。形成的共沉淀物先經(jīng)過三到四次蒸餾水過濾之后，再用乙醇進(jìn)行分散，之后將沉淀物置于干燥箱中在70℃下干燥至恒重。

（2）將干燥后的沉淀物進(jìn)行研磨，后再經(jīng)過950℃煅燒5h，將煅燒得到的粉體球磨5h后干燥，然后過60目篩。

（3）將粉體進(jìn)行造粒、壓片成型。將壓好的片在1400℃下保溫4h進(jìn)行燒結(jié)。

對(duì)ca0.5sr0.3ba0.2zr4(po4)6材料進(jìn)行測(cè)試，在950℃條件下煅燒后的陶瓷粉體的xrd圖譜見圖2，表明共沉淀產(chǎn)物經(jīng)高溫煅燒后完全轉(zhuǎn)化為所需要的ca0.5sr0.3ba0.2zr4(po4)6化合物形式的晶體物質(zhì)。熱膨脹系數(shù)測(cè)試得ca0.5sr0.3ba0.2zr4(po4)6在溫度20-800℃的平均線熱膨脹系為0.197×10^-6/℃，屬于超低熱膨脹陶瓷材料。

實(shí)施例3

（1）按照x=0.3，y=0.25計(jì)算出原料caco3、srco3、baco3、zrocl2·8h2o以及(nh4)2hpo4的質(zhì)量，然后用天平分別稱取。將zrocl2·8h2o溶于80ml蒸餾水中形成濃度為0.5mol/l的水溶液，(nh4)2hpo4溶于60ml蒸餾水中形成濃度為1mol/l的水溶液，并分別置于磁力攪拌器上攪拌均勻。將caco3、srco3、baco3相繼加入已配好的zrocl2·8h2o的水溶液中，并于磁力攪拌器上攪拌均勻。將上述混合溶液用分液漏斗勻速滴加到(nh4)2hpo4溶液中，并在反應(yīng)過程中滴加氨水保持在9.2≤ph≤9.5的堿性環(huán)境下反應(yīng)。形成的共沉淀物先經(jīng)過三到四次蒸餾水過濾之后，再用乙醇進(jìn)行分散，之后將沉淀物置于干燥箱中在60℃下干燥至恒重。

（2）將干燥后的沉淀物進(jìn)行研磨，后再經(jīng)過1000℃煅燒4h，將煅燒得到的粉體球磨4h后干燥，然后過60目篩；

（3）將粉體進(jìn)行造粒、壓片成型。將壓好的片在1450℃下保溫4h進(jìn)行燒結(jié)。

對(duì)ca0.45sr0.3ba0.25zr4(po4)6材料進(jìn)行測(cè)試，在1000℃條件下煅燒后的陶瓷粉體的xrd圖譜見圖3，表明共沉淀產(chǎn)物經(jīng)高溫煅燒后完全轉(zhuǎn)化為所需要的ca0.45sr0.3ba0.25zr4(po4)6化合物形式的晶體物質(zhì)。熱膨脹系數(shù)測(cè)試得ca0.45sr0.3ba0.25zr4(po4)6在溫度20-800℃的平均線熱膨脹系為1.067×10^-6/℃，屬于超低熱膨脹陶瓷材料。