及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于無機(jī)非金屬負(fù)熱膨脹材料領(lǐng)域，具體涉及一種新型負(fù)熱膨脹材料NdMnO3及其制備方法。該材料以Nd2O3、Mn2O3為原料，采用固相合成法制備。以原料Nd2O3、Mn2O3的摩爾配比為1︰1為例，對(duì)本發(fā)明所制備的負(fù)熱膨脹材料NdMnO3的具體性能進(jìn)行檢測(cè)可以發(fā)現(xiàn)，其負(fù)熱膨脹性能較好，例如在749～1007K范圍內(nèi)，線膨脹系數(shù)可達(dá)到-18.2×10-6/K，因而具有較好的應(yīng)用潛能。同時(shí)，本發(fā)明所提供的制備負(fù)熱膨脹材料NdMnO3的制備方法較為簡單，而且制備周期短、原材料易得，且成本低、環(huán)保無污染，因而具有較好的推廣應(yīng)用適應(yīng)性。
【專利說明】負(fù)熱膨脹材料NdMnO3及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無機(jī)非金屬負(fù)熱膨脹材料領(lǐng)域，具體涉及一種新型負(fù)熱膨脹材料NdMn03&其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在工程【技術(shù)領(lǐng)域】，不同材料熱膨脹系數(shù)的差異，甚至同一材料由表面到內(nèi)部的不同深度因存在熱梯度導(dǎo)致的熱膨脹區(qū)別，往往導(dǎo)致熱應(yīng)力。這些熱應(yīng)力常常會(huì)引起材料或器件的性能指標(biāo)變差，如熱膨脹儀的系統(tǒng)誤差、高溫爐管或爐膛出現(xiàn)裂縫或斷開、冬季水管或水箱凍裂、空間望遠(yuǎn)鏡焦距隨溫度變化引起成像質(zhì)量下降、高射炮管變形降低炮彈命中率、印刷電路板上的焊錫與銅箔脫離、激光器因熱透鏡效應(yīng)出射光束的發(fā)散、航天器隔熱層脫落等等。因此為了減少不同材料之間的熱應(yīng)力，必須探索熱膨脹系數(shù)為零或接近零、或能夠匹配的材料。
[0003]盡管自然界中大多數(shù)材料具有熱脹冷縮的特性，但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Α20(Α—Ag、Cu) ,BiN13^AVO5(A—Nb,Ta) ,ZrV2O7,AM2O8 (A—Zr、Hf; Μ—W、Mo)、A2M3O12 (A—Y、Yb、Sc 等，Μ—W、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，也有研宄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(qiáng)度。另一方面，對(duì)于負(fù)熱膨脹性能強(qiáng)的材料也可以用于電冰箱或空調(diào)壓縮機(jī)中。基于這些重要應(yīng)用，負(fù)膨脹材料逐漸引起大家的重視。然而，負(fù)膨脹材料的研宄還仍處于試驗(yàn)探索階段，考慮到制備條件和環(huán)保等問題，可供廣泛應(yīng)用的材料卻很少。因此，研宄開發(fā)一種負(fù)熱膨脹性能好、制備過程簡單、成本較低、可供廣泛應(yīng)用的新型負(fù)熱膨脹材料具有十分重要的意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種負(fù)熱膨脹性能較好、制備過程較為簡單、可供廣泛生產(chǎn)與應(yīng)用的新型負(fù)熱膨脹材料NdMn03&其制備方法。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下。
[0006]新型負(fù)熱膨脹材料NdMnO3,以Nd203、Mn2O3為原料，采用固相合成法制備。
[0007]所述新型負(fù)熱膨脹材料NdMnO3,制備時(shí)，原料Nd203、Mn2O3的摩爾比為1:1。
[0008]所述新型負(fù)熱膨脹材料NdMnO3的制備方法，包括以下步驟:
(1)按比例稱取原料Nd2O3和Mn203，將原料研磨混合均勻；
(2)將步驟(I)中混合均勻的物料壓片；
(3)將步驟(2)中壓片后物料燒結(jié)，燒結(jié)后自然冷卻即可得到目標(biāo)產(chǎn)物，即新型負(fù)熱膨脹材料NdMnO3;
燒結(jié)時(shí)，燒結(jié)參數(shù)為:1273K保溫10~24 h，然后繼續(xù)升溫至1523~1573 K燒結(jié)，保溫10-24 ho
[0009]步驟(I)中原料以摩爾比計(jì)，Nd2O3: Mn2O3=I: I。
[0010]步驟(I)中，為使原料研磨混合均勻，可先將原料混合研磨0.5-1.0h,然后加入無水乙醇繼續(xù)研磨0.5-1.0h，研磨結(jié)束后在353~423K條件下烘干0.5-1.0h以使乙醇揮發(fā)干凈，然后繼續(xù)研磨3~5min使原料混合均勾。
[0011]步驟(2)中，所述壓片可選擇采用單軸方向壓片機(jī)在200MPa的壓強(qiáng)下壓制2~3min ;優(yōu)選壓制成直徑10mm，高5mm左右的圓柱形胚體。
[0012]步驟(3)中所述燒結(jié)為在箱式爐中燒結(jié)，升溫速率為5k/min。
[0013]以原料Nd203、Mn2O3的摩爾配比為1:1為例，對(duì)本發(fā)明所制備的負(fù)熱膨脹材料NdMnOj^具體性能進(jìn)行檢測(cè)可以發(fā)現(xiàn)，其負(fù)熱膨脹性能較好，例如在749?1007K范圍內(nèi)，線膨脹系數(shù)可達(dá)到-18.2 XlO-6A,因而具有較好的應(yīng)用潛能。同時(shí)，本發(fā)明所提供的制備負(fù)熱膨脹材料NdMnO3的制備方法較為簡單，而且制備周期短、原材料易得，且成本低、環(huán)保無污染，因而具有較好的推廣應(yīng)用適應(yīng)性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為實(shí)施例1所制備的負(fù)熱膨脹材料NdMnO3在的XRD圖譜與物相分析；
圖2為實(shí)施例2所制備的負(fù)熱膨脹材料NdMnO3的變溫XRD圖譜；
圖3為實(shí)施例1所制備的負(fù)熱膨脹材料NdMnO3放大7000倍的SEM圖片；
圖4為實(shí)施例1所制備的負(fù)熱膨脹材料NdMnO3放大10000倍的SEM圖片；
圖5為實(shí)施例1所制備的負(fù)熱膨脹材料NdMnO3的相對(duì)長度隨溫度(293k至673K)的變化曲線；
圖6為實(shí)施例1所制備的負(fù)熱膨脹材料NdMnO3的相對(duì)長度隨溫度(293k至1273K)的變化曲線；
圖7為實(shí)施例2所制備的負(fù)熱膨脹材料NdMnO3的相對(duì)長度隨溫度的變化曲線。

【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的解釋說明。
[0016]實(shí)施例1
本實(shí)施例所制備的新型負(fù)熱膨脹材料NdMnO3,以Nd203、Mn2O3為原料，采用固相合成法制備，具體包括以下步驟:
(1)以摩爾比Nd2O3: Mn2O3=I: I的比例稱取原料；將原料混合研磨0.5h，為使其混合均勻，加入適量無水乙醇繼續(xù)研磨0.5h，然后在353K (80°C)條件下烘干30min，繼續(xù)研磨3分鐘使原料混合均勻；
(2)將步驟(I)中混合均勻的物料壓片；所述壓片為采用單軸方向壓片機(jī)在200MPa的壓強(qiáng)下壓制3min，壓制成直徑10mm，高5mm左右的圓柱形胚體；
(3)將步驟(2)中壓片后物料置于箱式爐中燒結(jié)，燒結(jié)后自然冷卻得到目標(biāo)產(chǎn)物即新型負(fù)熱膨脹材料NdMnO3;燒結(jié)時(shí)，燒結(jié)參數(shù)為:在1273K保溫10h，然后繼續(xù)升溫至1523K燒結(jié)，保溫I Oh。
[0017]實(shí)施例2 本實(shí)施例制備負(fù)熱膨脹材料步驟同實(shí)施例1，僅調(diào)整燒結(jié)參數(shù)為:在1273K保溫10h，然后繼續(xù)升溫至1573K燒結(jié)，保溫10h。
[0018]對(duì)上述實(shí)施例所制備的NdMnO3的部分性能進(jìn)行了具體檢測(cè)分析，簡要介紹如下。
[0019]分析
對(duì)實(shí)施例1、實(shí)施例2所制備的負(fù)熱膨脹材料NdMnO3分別進(jìn)行了 X射線衍射(XRD)檢測(cè)(XRD型號(hào)是Bruker D8 Advance型X射線衍射儀，物相分析結(jié)構(gòu):Cu靶，K α線，波長1.5406
Α)ο
[0020]實(shí)施例1所制備的負(fù)熱膨脹材料NdMnO3對(duì)應(yīng)的X射線衍射(XRD)圖譜物相分析見圖1，經(jīng)分析可知其生成物相主要為NdMnOJg (PDF號(hào)為00-025-0565)。圖2為實(shí)施例2所制備的負(fù)熱膨脹材料NdMnO3的變溫XRD圖片，其中溫度范圍293~1173K。
[0021]電鏡檢測(cè)
對(duì)實(shí)施例1所制備的負(fù)熱膨脹材料NdMnO3進(jìn)行了電子微觀掃描電鏡(SEM)檢測(cè)(電鏡型號(hào)是 FE-SEM，Model JSM-6700F)。
[0022]圖3為實(shí)施例1所制備的負(fù)熱膨脹材料NdMnOj^ SEM圖片，放大倍數(shù)為7000X ；圖4為實(shí)施例1所制備的負(fù)熱膨脹材料NdMnOj^ SEM圖片，放大倍數(shù)為10000X。
[0023]由圖3和圖4可知，樣品由單一的片狀顆粒組成，顆粒尺寸3~4 μ m，大多數(shù)顆粒緊密粘連在一起形成較大的團(tuán)聚體。
[0024]膨脹系數(shù)測(cè)試
對(duì)實(shí)施例1、實(shí)施例2所制備的負(fù)熱膨脹材料NdMnO3分別進(jìn)行了膨脹系數(shù)測(cè)試，所用儀器為林賽斯L76，具體測(cè)定結(jié)果如圖5~7如下。
[0025]圖5為實(shí)施例1所制備的負(fù)熱膨脹材料NdMnO^相對(duì)長度隨溫度的變化曲線，測(cè)試溫度193~673K，其中第一負(fù)熱膨脹區(qū)間225~265Κ之間，膨脹系數(shù)約-0.9Χ10_6/Κ ;第二負(fù)熱膨脹區(qū)間293~673Κ，膨脹系數(shù)約-6.24Χ 10_6/Κ。
[0026]圖6為實(shí)施例1所制備的負(fù)熱膨脹材料NdMnO^相對(duì)長度隨溫度的變化曲線，測(cè)試溫度293~1273Κ，負(fù)熱膨脹區(qū)間293~1013Κ，膨脹系數(shù)約-9.54Χ 10—7Κ。
[0027]圖7為實(shí)施例2所制備的負(fù)熱膨脹材料NdMnO^相對(duì)長度隨溫度的變化曲線，測(cè)試溫度293~1273Κ，負(fù)熱膨脹區(qū)間在781~1054Κ之間，膨脹系數(shù)約-22.945Χ 10—7Κ。
[0028]需要說明的是，上述實(shí)施例僅為本發(fā)明的最佳實(shí)施例，對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行修改，例如適當(dāng)修改原料配比、修改燒結(jié)時(shí)保溫溫度和保溫時(shí)間即可得到本發(fā)明完整的技術(shù)方案，在此不再過于重復(fù)描述，但相關(guān)技術(shù)方案均應(yīng)在本發(fā)明所請(qǐng)求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.負(fù)熱膨脹材料NdMnO3，其特征在于，該材料以Nd203、Mn203為原料，采用固相合成法制備。
2.如權(quán)利要求1所述負(fù)熱膨脹材料NdMnO3，其特征在于，原料Nd203、Mn2O3的摩爾比為I: 10
3.權(quán)利要求1或2所述負(fù)熱膨脹材料NdMnO3的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: (1)稱取原料Nd2O3和Mn203，將原料研磨混合均勻； (2)將步驟(I)中混合均勻的物料壓片； (3)將步驟(2)中壓片后物料燒結(jié)，燒結(jié)后自然冷卻即可得到目標(biāo)產(chǎn)物，即新型負(fù)熱膨脹材料NdMnO3; 燒結(jié)時(shí)，燒結(jié)參數(shù)為:1273K保溫10~24h，然后繼續(xù)升溫至1523~1573K燒結(jié)，保溫10~24ho
4.如權(quán)利要求3所述負(fù)熱膨脹材料NdMnO3的制備方法，其特征在于，步驟(I)中原料以摩爾比計(jì)，Nd2O3: Mn 2O3= 1:1。
5.如權(quán)利要求3所述負(fù)熱膨脹材料NdMnO3的制備方法，其特征在于，步驟(3)中所述燒結(jié)為在箱式爐中燒結(jié)，升溫速率為5K/min。
【文檔編號(hào)】C01G45/12GK104495942SQ201410848055
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月31日
【發(fā)明者】晁明舉, 李玉成, 周文進(jìn), 肖瀟, 劉亞明, 張牛, 梁二軍, 李玉祥, 馮東省 申請(qǐng)人:鄭州大學(xué)