及其固相燒結(jié)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無機非金屬材料領(lǐng)域，特別涉及一種低熱膨脹材料Fe2W3012&其固相燒結(jié)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]材料受熱膨脹導(dǎo)致的熱應(yīng)力常常會引起材料或器件的性能指標(biāo)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(hù)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(yīng)力導(dǎo)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(zhǔn)確度、激光炮因熱透鏡效應(yīng)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(yīng)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(zhì)，即負(fù)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(fù)熱膨脹材料與正熱膨脹材料復(fù)合制備可控?zé)崤蛎浵禂?shù)或零膨脹材料，也有研究人員采用部分替代負(fù)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(yīng)力，提高材料的抗熱沖擊強度?；谶@些重要應(yīng)用，負(fù)膨脹材料逐漸引起大家的重視。然而，負(fù)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(yīng)用，還需要解決很多問題，如產(chǎn)品由于相變、吸水等特性導(dǎo)致機械性能和負(fù)膨脹性能變差、原材料成本較高、生產(chǎn)工藝復(fù)雜等。
[0004]在A2M3O12系列中，F(xiàn)e 2Mo301;^好制備，相關(guān)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(yīng)WO3 + Fe2O3 — Fe2WO6在高溫下很容易進(jìn)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(yīng)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(jié)方法。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)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(jié)合成方法制得。
[0008]進(jìn)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(jié)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(jié)或壓片后燒結(jié)，自然冷卻得目標(biāo)產(chǎn)物，即低熱膨脹材料Fe2W3O12;其中，燒結(jié)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(jié)，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(jié)合具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此。
[0019]實施例1
低熱膨脹材料Fe2W3O1^固相燒結(jié)方法，步驟如下:
將原料Fe2O3和WO 3為原料按化學(xué)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(jié)5 h，空氣中自然降至室溫。產(chǎn)品對應(yīng)的XRD圖譜物相分析見圖1，圖1的XRD結(jié)果顯示形成了單斜相Fe2W3O12,含有少量的Fe2WOf^P未反應(yīng)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(jié)5h。產(chǎn)品對應(yīng)的XRD圖譜物相分析見圖2，圖2的XRD結(jié)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(yīng)的XRD圖譜物相分析見圖3，圖3的XRD結(jié)果顯示形成了純的單斜相Fe2W3O12 (沒有雜質(zhì)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(jié)5h。產(chǎn)品對應(yīng)的XRD圖譜物相分析見圖4，圖4的XRD結(jié)果顯示形成了純的單斜相Fe2W3O12 (沒有雜質(zhì)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(yīng)的XRD圖譜物相分析見圖5，圖5的XRD結(jié)果顯示形成了純的單斜相Fe2W3O12 (沒有雜質(zhì)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?？芍?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(yīng)于單斜相，然后出現(xiàn)急劇伸長，其急劇伸長對應(yīng)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(yīng)于正交相，不過這里邊有雜相的貢獻(xiàn)；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(quán)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(jié)方法制得。2.根據(jù)權(quán)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(quán)利要求1或2所述的低熱膨脹材料Fe2W3O12的固相燒結(jié)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(jié)或壓片后燒結(jié)，燒結(jié)完成后自然冷卻即得目標(biāo)產(chǎn)物低熱膨脹材料Fe2W3O12;其中，燒結(jié)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(shù)領(lǐng)域，特別公開了一種低熱膨脹材料Fe2W3O12及其固相燒結(jié)方法。以Fe2O3和WO3為原料，MoO3為催化劑，按目標(biāo)產(chǎn)物Fe2W3O12中化學(xué)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(jié)合成5~8h得到目標(biāo)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(xiàn)省, 張偉風(fēng), 王磊, 楊光
【申請人】河南大學(xué)
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年11月5日