新稀土金属间化合物晶体结构及高温晶格热膨胀性能研究

[目的]研究稀土-过渡族金属合金体系中的新稀土金属间化合物,挖掘稀土合金与化合物的新应用。[方法]利用扫描电子显微镜和能谱仪分析合金样品及其组成物相的成分,采用X射线粉末衍射技术研究和测定新金属间化合物的晶体结构及高温晶格热膨胀性能,并对所研究的新金属间化合物的高温热膨胀性能进行总结分析。[结果]不同的合金元素可以形成结构类型相同的晶体结构,得到了部分新金属间化合物的晶格热膨胀系数,这些新稀土金属间化合物的平均晶格热膨胀系数在10~(-6)到10~(-5)数量级之间,它们的平均单胞体积热膨胀系数也在同一数量级。[结论]化学性质相近的合金元素可以相互替代形成同构型金属间化合物。利用X射线粉末衍射同构法可测定新化合物的晶体结构,该法适用于解析二元、三元乃至多元新化合物的晶体结构。所研究的新稀土金属间化合物的热膨胀系数分别满足其各自所属晶系的热膨胀关系。     

固相法合成负热膨胀性粉体ZrW2O8

以分析纯ZrO2和WO3为原料,用固相法制备了负热膨胀材料ZrW2O8粉体.以X射线粉末衍射、扫描电子显微镜分别对粉体进行物相分析和形貌观测;通过高温X射线衍射以及Powder X软件计算不同温度下的晶胞参数,从而确定热膨胀系数.结果表明经1 220℃保温3 h制备出的高纯度ZrW2O8粉体为单一立方结构,平均粒径为0.5μm;ZrW2O8粉体有显著的负热膨胀特性,在室温到150℃范围内,所得ZrW2O8粉体热膨胀系数为-11.58×10-6K-1;200～500℃范围内,热膨胀系数为-3.77×10-6K-1;在整个温度范围内平均热膨胀系数为-6.31×10-6K-1.     

负热膨胀化合物材料ZrW2O8的机理与制备技术

以ZrW2O8为典例,介绍了新型功能材料——负热膨胀材料的最新研究进展;列举了几种负热膨胀材料的物理性质和热力学参量;叙述了ZrW2O8的α相、β相和γ相之间的转变关系和过程;介绍了该类新材料的负热膨胀机理及刚性单元模式和受抑软性模式两种理论模型;系统探讨了该类材料的固相合成和液相合成技术,对比分析了各自的特点与存在的不足,在此基础上结合研究工作提出了该类材料的研究方向、     

环氧树脂/ZrW2O8封装材料的制备及其性能

将负热膨胀材料ZrW2O8粉体按一定质量比例与E-51环氧树脂混合,制备电子封装材料.测定了不同比例下封装材料的线膨胀系数、玻璃化温度、抗拉与弯曲强度、吸湿率和耐腐蚀性能.研究结果表明:采用超声波处理,可使ZrW2O8粉体均匀分散在环氧树脂E-51基体中.随着ZrW2O8质量分数的增加,封装材料的线膨胀系数下降,玻璃化温度升高,拉伸、弯曲强度与抗吸湿性提高;当ω(E-51)∶ω(ZrW2O8)=3∶2时,封装材料的耐酸性腐蚀较好,而耐碱性腐蚀的能力较差.     

ZrO2粒径对ZrO2/ZrW2O8复合材料性能的影响

分别采用Nano-ZrO2和Commercial-ZrO2制备ZrO2/ZrW2O8复合材料,并对所得复合材料的微观结构、烧结质量及其热膨胀性能进行了研究.结果表明,当ZrO2和ZrW2O8的质量比为2∶ 1时,ZrO2/ZrW2O8复合材料的热膨胀系数极低,接近于零.然而Commercial-ZrO2/ZrW2O8复合材料存在致密度不高,气孔率大的缺点.Nano-ZrO2的采用,可以降低基体的烧结温度,改善复合材料的烧结质量,Nano-ZrO2/ZrW2O8复合材料的相对密度达到94%,比Commercial-ZrO2/ZrW2O8的相对密度75%有明显提高.     

钢的热膨胀特性研究

采用NETZSCH DIL 402C高温热膨胀仪对三种不同化学成分的钢种在30~1150℃温度范围内的热膨胀特性进行了测量,得到线性热膨胀和瞬时线膨胀系数随温度的变化曲线.对实测的热膨胀值进行定量计算和对比分析后发现,钢在加热过程中的线性热膨胀及瞬时线膨胀系数随温度的变化过程可分为室温至相变区、固态相变区和高温奥氏体区三个阶段,每个阶段碳含量对热膨胀的影响程度不同.在整个升温过程中,物理热效应引起的热膨胀占主导作用,不同钢种的物理热膨胀总量基本相同,而相变引起的收缩量大约占整个膨胀绝对变化量的16%,且收缩总量随碳含量的增加而减少,导致最终不同钢种试样的膨胀量不同.     

ZrO2/β-ZrWMoO8可控热膨胀复合材料的制备

采用共沉淀法成功制备了纯度较高的各向同性的负热膨胀材料β-ZrWMoO8.将ZrO2与β-ZrWMoO8按一定比例机械混合,在1 020 ℃烧结2 h制备了热膨胀系数可控的ZrO2/β-ZrWMoO8复合材料.以X射线衍射和扫描电子显微镜对所得材料结构及形貌进行表征,以热膨胀仪测定复合材料热膨胀系数.研究结果表明:在30～600 ℃温度区间内,所得ZrO2/β-ZrWMoO8复合材料的热膨胀系数皆线性一致,并且可以通过改变β-ZrWMoO8的质量分数,将复合材料的热膨胀系数控制为正、负或0.当β-ZrWMoO8的质量分数为50%时,复合材料的热膨胀系数接近0.     

NH2CH2COOH—H3PO4—H2O体系的结晶行为及磷酸甘氨酸的晶体结构

研究了NH2CH2COOH－H3PO4－H2O体系的结晶行为，得到三个结晶相，并用X射线衍射法了磷酸甘氨酸新晶体和分子结构，晶体的空间群为P21／a;晶体学数据：a=0.9293(3)nm,b=0.788(2)mm,c=0.9623(4)nm,β=114.70(3),V=0.64078(40)nm^3,Dc=1.79g/cm^3.Z=4,F(000)=359.95(e),μ(Moka)=3.95cm^-1，并且探讨了从该体系不能得到DGP和TGP的原因。     

热处理条件对VO_2粉体晶体结构和相变性能的影响

以V2O5和草酸为原料,采用高温热解前驱体法制备VO2粉体,并结合XRD分析和热致相变性能测定,研究热处理条件对VO2粉体晶体结构和相变性能的影响。结果表明,采用三段式升温制度,可制备晶化程度较高的VO2粉体。制备过程中,热分解温度的升高或热分解时间的延长,均会导致产物VO2粉体平均晶粒尺寸增大、平均晶格畸变率降低、相变滞豫区间减小以及电阻突变量增大,热处理过程中VO2晶粒生长和晶格畸变率变化主要受热分解温度的控制。     

准晶颗粒增强的Al基复合材料的热膨胀性能

调查研究了 3种准晶合金铸态Al65Cu2 0 Cr15、急冷态Al65Cu2 0 Cr15和铸态Al65Cu2 0 Fe15颗粒增强的铝基复合材料从室温到 5 0 0℃的热膨胀系数 ,结果表明准晶合金颗粒增强的复合材料的热膨胀系数显著低于基体材料纯铝 .且Al-Cu -Cr系准晶合金颗粒增强的铝基复合材料的热膨胀系数比Al-Cu -Fe系低 .通过理论估算 ,准晶合金具有负的热膨胀系数 ,Al-Cu -Cr系准晶合金的热膨胀系数比Al-Cu -Fe系低 .在Al -Cu -Cr系 ,准晶含量越高 ,其热膨胀系数越低     

ZrW_2O_8的负热膨胀特性表征

以分析纯ZrO2和WO3为原料,采用分步固相法合成负热膨胀ZrW2O8粉体和陶瓷.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对产物结构及形貌进行表征,采用3种不同的方法测得ZrW2O8负热膨胀系数,研究了不同测量方法对ZrW2O8负热膨胀系数测量的影响.研究结果表明:合成的产物为单一的立方晶体结构的α-ZrW2O8,采用高温X射线衍射和Power X软件测得样品从室温至600 ℃范围内的平均热膨胀系数为-5.605×10-6 K-1;而采用热膨胀仪测得从室温至600 ℃范围内ZrW2O8陶瓷棒和冷压成型ZrW2O8粉体棒的平均热膨胀系数分别为-10.709×10-6 K-1和-4.490×10-6 K-1,测试方法、致密度和微观结构对样品的负热膨胀系数均有影响.     

ZrW2O8薄膜的物相转变与负热膨胀系数

以高纯ZrO2和WO3复合氧化物为靶材,采用射频磁控溅射方法在石英基片上制备ZrW2O8薄膜.对不同热处理温度后的薄膜进行XRD分析,结果表明,在650 ℃下薄膜为无定形,ZrW2O8晶化起始温度为650 ℃,当热处理温度高于1 100 ℃时,薄膜主要由ZrO2相组成.进一步采用高温XRD分析薄膜物相,发现在720 ℃时,能获得较纯的ZrW2O8薄膜.根据ZrW2O8晶面(2 1 1)间距随温度变化的结果,计算所制备的薄膜态ZrW2O8的热膨胀系数为-2.54×10-5/℃.SEM分析结果显示在ZrW2O8相所存在的温度范围内,薄膜非常致密而无明显孔洞.     

退火温度对ZrW2O8薄膜结构和结合力的影响

采用纯ZrW2O8陶瓷靶材,以射频磁控溅射法在石英基片上沉积制备了ZrW2O8薄膜.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、划痕仪和表面粗糙轮廓仪研究了薄膜的相组成、表面形貌、薄膜与基片之间的结合力和薄膜厚度.试验结果表明:磁控溅射制备的薄膜为非晶态,在740℃热处理3 min后得到三方相ZrW2O8薄膜,在1 200℃封闭试样的条件下热处理8 min淬火得到立方相ZrW2O8薄膜;随着热处理温度的提高,薄膜的晶粒逐渐长大,平滑致密的表面出现了一些孔洞和缺陷,同时薄膜与基片之间的结合力也逐渐降低.     

靶材制备工艺与配比对ZrW2O8薄膜制备的影响

分别采用钨酸锆靶（ZrW2O8）和氧化锆（ZrO2）与氧化钨（WO3）的复合靶,在磁控溅射条件下制备钨酸锆（ZrW2O8）薄膜,研究了靶材制备工艺、复合靶成分配比以及热处理温度对薄膜成分的影响,并对薄膜生长方式进行了初步探讨．结果表明：ZrW2O8靶材制备的薄膜在700℃处理后薄膜中ZrW2O8纯度较高,相同配比下,复合靶制备的薄膜经750℃处理后薄膜中ZrW2O8含量最高;以凡（ZrO2）：n（WO3）为1：2．8的复合靶材制备的薄膜经热处理后,结晶度优于凡（ZrO2）：n（WO3）为1：2获得的薄膜,并且ZrW2O8最佳含量的热处理温度较低;热处理时薄膜的生长机制为岛状生长方式;ZrW2O8薄膜在（211）和（220）晶面上的热膨胀系数均为负值．     

新型负膨胀系数材料ZrW2O8的合成与特性

ZrW2 O8 是新发现的由 0 3K至分解温度 1 0 5 0K都具有各向同性的负热膨胀化合物 ,但由于其分解温度和窄的热稳定范围反应合成相当困难 .本文综述了氧化物直接合成、微波合成和溶胶 -凝胶法制备ZrW2 O8以及单晶ZrW2 O8的生长方法 ,讨论了ZrW2 O8的特性 ,介绍了其负膨胀机理和潜在的应用     

共沉淀法制备负膨胀系数材料ZrW2O8

以H2WO4和ZrOCl2·8H2O为原料,先采用共沉淀法制备出前驱物,再加热合成出了ZrW2O8粉末. 用X射线衍射(XRD)对合成粉末进行物相分析,用扫描电子显微镜(SEM)分析粉末形貌,用差热-热重分析确定合成温度. 结果表明:溶液pH值控制在2～3范围内,溶液中Zr4 和WO2-4能同时发生沉淀;所得前驱物在1 200 ℃反应1 h,所得产物相主要为ZrW2O8,其粒度在100 nm左右,且分布均匀.     

ZrW0.8Mo1.2O8四方相的微波法合成及其表征

文章分别用微波法和前驱物法合成了ZrW0.8Mo1.2O8的四方相，该相尚未见公开报道．对其进行了XRD分析和指标化．对比了两种合成方法和合成产物的形貌，阐明了微波合成的优越性。     

碳化钨负载的S2O2-8/ZrO2催化剂的表征与催化活性研究

研究了负载碳化钨对S2O2-8/ZrO2(PSZ)固体超强酸催化剂(WC/PSZ)上正戊烷异构化反应性能的影响,并用BET、XRD和XPS等手段对催化剂进行了表征. 结果表明,PSZ在负载适量碳化钨后对正戊烷反应的活性和选择性显著提高,显示出优于Pt/PSZ等催化剂的效果,并且负载高比表面积的WC具有更高的催化活性. WC在高温焙烧后绝大部分被氧化为WO3,经H2活化后又被还原为W25O73为主的氧化钨,并且可能会形成一种氧化碳化物(WCxOy)产物.