[发明专利]一种高致密钨酸锆固溶体陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高致密钨酸锆固溶体陶瓷及其制备方法，属于钨酸锆固溶体陶瓷技术领域，所述钨酸锆固溶体陶瓷的化学式为ZrW_2‑xMo_xO₈，其中，0≤x≤1，所述钨酸锆固溶体陶瓷为简单立方点阵，是由共顶角的WO₄或MoO₄四面体与ZrO₆八面体组成的骨架网状结构。本发明提供一种高致密钨酸锆固溶体陶瓷及其制备方法，采用溶胶凝胶法和水热法的联合方法低温合成钨酸锆固溶体前驱体，然后通过放电等离子体烧结方法低温快速制备出高致密钨酸锆固溶体陶瓷，该方法较传统1250℃固相反应法制备的钨酸锆相比，烧结温度更低，而且制备出的高致密钨酸锆固溶体陶瓷没有生成氧化锆和氧化钨等不纯物质。

技术领域

本发明属于钨酸锆固溶体陶瓷技术领域，具体涉及一种高致密钨酸锆固溶体陶瓷及其制备方法。

背景技术

在当今科技飞速发展电子设备小型化的背景下，电子设备等精密仪器的热膨胀控制显得尤其重要。对于由多种材料组成的电子器件、光学镜头等精密仪器来说，环境温度的变化和仪器工作时自热引起的温度上升而伴随的热膨胀现象，可能会导致异种材料界面变形甚至断裂。这些问题具体到在电子封装、微电子等电子精密系统中，元器件的功能与外形精确性及应力变化密切相关，然而高发热量致使应用环境温差变化巨大。而元器件与封装材料的热膨胀系数不匹配会造成极大的热错配力，极大的影响尺寸、功能失效等问题。上述问题可以通过引入可调控热膨胀系数的缓冲层以减少界面上产生的热应力来解决。但是，由于热膨胀系数是各种材料的固有值很难通过单一的材料去调控热膨胀系数。因此，通过异种材料的复合手法来控制热膨胀系数是一种简单有效的方法。相比较世界上绝多大数物质都是正热膨胀材料，只有非常少的物质显示负的热膨胀特性。因此，负热膨胀材料作为一种热膨胀抑制剂备受关注。

钨酸锆(ZrW₂O₈)陶瓷材料因为在-272-777℃非常宽的温度区间内具有很强的各向同性负热膨胀系数，被认为是复合材料中用于控制热膨胀系数最合适的第二相材料，在材料学、电子学、光学、微电子学、光纤通讯系统等诸多领域被认为具有广阔的应用前景。目前大多数学者在钨酸锆添加异种元素进行掺杂，或者第二相颗粒进行复合来进行热膨胀系数控制，然而复合材料进行复合过程中会因为基底和钨酸锆热膨胀系数过大产生热应力导致加热过程发生裂痕导致断裂等问题。因此通过掺杂手段进行热膨胀性能的控制的研究显得尤为重要。

Mo和W都是第6族元素，具有非常接近的电负性值(W：2.36Pauling，Mo：2.16Pauling)和离子半径值(W⁶⁺：42pm，Mo⁶⁺：41pm，都是4配位值)，这使得W和Mo元素的相互固溶替代成为可能。根据ZrW₂O₈的热力学相图可以得知，ZrW₂O₈只在1105-1257℃非常有限的温度区间内才处于热力学稳定态，从稳定态缓慢降温时会分解成氧化钨和氧化锆。因此，这为制备纯的致密性ZrW₂O₈及其固溶体陶瓷带来了困难。