[发明专利]一种制备近零热膨胀复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料领域，具体涉及一种制备近零热膨胀复合材料的方法及近零热膨胀复合材料。

背景技术

本文所述的近零热膨胀复合材料是指热膨胀系数很低的极低热膨胀材料或者热膨胀系数≤±2×10^-6K^-1的近零热膨胀材料，近零热膨胀复合材料具有良好的抗热冲击性能，一直是材料学领域研究的热点之一。近零膨胀复合材料在多个领域都有广泛的应用前景。例如，在高精密光学镜的表面采用近零热膨胀材料作涂层时，可以防止产生因温度变化而使光学性能降低的问题。又如，在结构材料中，应用低热膨胀材料或近零热膨胀材料，可以大大提高材料的热震稳定性。

研究近零膨胀材料的方向之一是将正热膨胀材料与热收缩材料(也称为负热膨胀材料)复合制备近零热膨胀复合材料。在现有的热收缩材料中，立方钨酸锆(ZrW₂O₈)结构类型化合物是近十多年来发现的一种在很宽的温度范围内具有较大的各向同性负热膨胀系数的材料(Mary，T.A.；Evans，J.S.O.；Vogt，T.；Sleight，A.W.；Negative thermalexpansion form 0.3 to 1050K in ZrW₂O₈.Science，272(1996)90-92)。立方钨酸锆在加热时产生的热收缩现象在陶瓷、气敏传感器、氧化催化、燃料电池等领域有很多潜在的应用前景。

使用ZrW₂O₈制备低热膨胀或近零膨胀材料时，可以将ZrW₂O₈与常规的正热膨胀材料按照一定的方式配比制成复合材料，然后通过调整两种材料的配料比值或制备工艺，将复合材料的热膨胀系数控制为正值、负值或近零。现有技术中，已经公开的以ZrW₂O₈为基础的热膨胀的复合材料有金属基-立方ZrW₂O₈复合材料，具体例子如Cu-ZrW₂O₈，但是由于Cu与ZrW₂O₈的膨胀系数不匹配，容易产生较强的热应力，从而诱发ZrW₂O₈发生相变成为γ相，造成该复合材料的热膨胀系数较高，从而限制该复合材料的应用(H.Holzer，D.C.Dunand.Phase transformation and thermal expansion of Cu/ZrW₂O₈metal matrix composites.J Mater Res.1999，14：780-789)。Xinbo Yang等将ZrO₂、WO₃以一定比例混合后直接反应制备得到ZrO₂-ZrW₂O₈复合材料。当ZrO₂和WO₃的质量比接近2.6∶1时，制备得到的复合体的膨胀系数为0.6×10^-6K^-1(X.B.Yang，J.Xu，H.J.Li.In Situ Synthesisof ZrO₂/ZrW₂O₈ Composites With Near-Zero Thermal Expansion.J.Am.Ceram.Soc.2007，90(6)：1953-1955)。ZrW₂O₈与聚酰亚胺复合可以制备耐潮湿性陶瓷，很多传统的陶瓷材料中都可以通过添加聚亚酰胺/ZrW₂O₈复合材料来调节其热膨胀系数(L.M.Sullivan，C.M.Lukehart.Zirconium Tungstate(ZrW₂O₈)/Polyimide Nanocomposites ExhibitingReduced Coefficient of Thermal Expansion.Chem.Mater.2005，17，2136-2141)。

发明内容

本发明提供了一种制备近零膨胀复合材料的方法，与现有技术相比，本发明的方法可以制备具有极低热膨胀系数的近零热膨胀复合材料。