[发明专利]一种负热膨胀材料磷钨酸锆的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料合成领域，具体是一种负热膨胀材料磷钨酸锆的制备方法。

背景技术

在一定的温度范围内，某些材料具有随温度的升高而收缩的特性，我们称这类材 料为负热膨胀材料(NTE)。负膨胀材料的热膨胀系数为负值，一般不单独使用，通常情况下 这类材料都会经过一定的复合工艺与金属、陶瓷等材料制备成可控膨胀材料。磷钨酸锆(其 分子式为Zr₂WO₄(PO₄)₂，简写为ZWP)，与其它负热膨胀材料相比，磷钨酸锆具有良好的化学、 热学稳定性及高温力学稳定性，在很大温区(25～800℃)范围内具有明显的负热膨胀特性， 且在负热膨胀温度区间无相变、不吸水。

制备负热膨胀材料的方法有很多，固相法是较早、较常用的一种制备方法，有报道 将ZrO₂、P₂O₅、WO₃等金属氧化物研磨均匀后在1200℃烧结来制备。但该方法原料粉体的颗粒 大小对产物颗粒的大小有很大影响，且需要经过长时间的烧结才能制备出具有高纯度的磷 钨酸锆粉体。而溶胶-凝胶法中由于络合剂如柠檬酸等的加入在烧结过程中有废气的产生 排放，且所需成胶时间长，一般需要3～5天。总结国内外的已有报道的方法多存在制备方法 繁琐、制备条件比较苛刻、制备成本高、耗时长等的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种负热膨胀材料磷钨酸锆的制备方法，以解决上述背景 技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种负热膨胀材料磷钨酸锆的制备方法，具体步骤如下：

(1)按摩尔比分别称取氯氧化锆、磷酸一氢钠和钨酸钠，备用；

(2)把钨酸钠加去离子水，溶解成质量分数为5～10％的溶液，得溶液A；

(3)把磷酸一氢钠加去离子水，溶解成质量分数为5～10％的溶液，得溶液B；

(4)把氧氯化锆加去离子水，溶解成质量分数为5～10％的溶液，得溶液C；

(5)将溶液A加热至50～80℃，搅拌的同时将溶液B加入并混合均匀；

(6)在混合均匀的溶液中加入质量分数为15～30％的盐酸溶液，反应5～60min，形 成溶液D；

(7)再把溶液C加入到溶液D中，搅拌反应5～300min，反应结束后静置5～60min，使 物料沉降；

(8)将步骤(7)反应产物进行过滤、去离子水洗涤、烘干；

(9)将干燥后的固体产物粉碎研磨后，在450～600℃煅烧2～6h，得最终产品。

作为本发明进一步的方案：所述步骤(1)中，氧氯化锆、磷酸一氢钠、钨酸钠的摩尔 比为1.8～2.2：1.8～2.2：1。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤(6)中，所加的盐酸与氧氯化锆的摩尔比为 0.9～1.1：1。

本发明中，采用氯氧化锆(ZrOCl₂)、磷酸一氢钠(Na₂HPO₄)和钨酸钠(Na₂WO₄)为原 料，分别进行反应，总反应式如下：

2ZrOCl₂+2Na₂HPO₄+Na₂WO₄+2HCl→Zr₂WO₄(PO₄)₂+6NaCl+2H₂O

各原料在水中可能会电离及水解出如下几种离子：

(1)氧氯化锆的电离及水解：

ZrOCl₂→ZrO²⁺+2Cl^-

(2)磷酸一氢钠的电离及水解：

Na₂HPO₄→2Na⁺+HPO4^2-

(3)钨酸钠的电离：