一种负热膨胀材料TAVOSUB5/SUB及其制备方法.pdf

一种负热膨胀材料TaVO5是将分析纯的V2O5与Ta2O5按摩尔比0.52∶0.48～0.6∶0.4混合，采用固相法合成。该负热膨胀材料TaVO5的制备方法是选取分析纯的V2O5与Ta2O5为原料，将V2O5和Ta2O5按摩尔比混合，在乙醇溶液中球磨1～24小时使其充分混匀。得到的粉末干燥后在750℃～850℃范围内保温2～10小时。降温冷却后压制成片，再在750℃～850℃范围内保温10～48小时。冷却后即可得到纯的具有负热膨胀性能的TaVO5，在室温至800℃的温度范围内，本征体膨胀系数为-1.22×10-5；在室温至600℃温度范围内，表观线膨胀系数α＝-3.72×10-6，并具有良好的可重复性。该材料具有负热膨胀温度范围大，制备简单，无需大规模设备等优点。

1.  一种负热膨胀材料TaVO₅，其特征在于，所述负热膨胀材料TaVO₅是将分析纯的V₂O₅与Ta₂O₅按摩尔比0.52∶0.48～0.6∶0.4混合，采用固相法合成。

2.  根据权利要求1所述的一种负热膨胀材料TaVO₅，其特征在于，所述负热膨胀材料TaVO₅在室温至800℃的温度范围内，膨胀系数为-1.22×10^-5；在室温至600℃温度范围内，表观线膨胀系数α＝-3.72×10^-6，具有较强的可重复性。

3.  根据权利要求1所述的一种负热膨胀材料TaVO₅，其特征在于，所述分析纯的V₂O₅与Ta₂O₅按摩尔比0.52∶0.48混合。

4.  一种负热膨胀材料TaVO₅的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)选取分析纯的V₂O₅与Ta₂O₅为原料，将V₂O₅和Ta₂O₅按摩尔比0.52∶0.48～0.6∶0.4混合，在乙醇溶液中球磨5～8小时使其充分混匀；
(2)将上述得到的粉末干燥后在750℃～850℃范围内保温5～10小时，降温冷却后压制成片，再在750℃～850℃范围内保温24～36小时，冷却后即可得到纯的具有负热膨胀性能的TaVO₅。

一种负热膨胀材料TaVO₅及其制备方法
技术领域
本发明属于无机非金属材料领域，涉及一种能够在室温至800℃范围内具有负热膨胀特性的材料TaVO₅。
背景技术
负热膨胀材料具有很高的研究与实际应用价值，随着温度的升高这类材料的体积呈负膨胀特性。将这类材料与其它正膨胀材料复合，可制备出具有零膨胀特性或热膨胀系数可调节的材料，广泛应用于从日用品到航空航天等领域。
目前，很多材料被报道具有负膨胀性能，如：立方的负热膨胀材料ZrW₂O₈，负膨胀系数为-8.7×10^-6K^-1；正交结构的Sc₂(WO₄)₃；负膨胀系数为-6.5×10^-6K^-1；铜铁矿结构的CuLaO₂也是具有负膨胀行为的材料，平均负膨胀系数为-6.4×10^-6K^-1；反钙钛矿结构的负热膨胀材料Mn(Cu_0.5Ge_0.5)N，负膨胀系数为-16×10^-6K^-1。然而，如文献[1]C.N.Chu，N.Sara，N.P.Suh.Journal of Engineering Materials and Technology.1986，108，275-277.；[2]T.G.Amos，A.W.Sleight.Journal of Solid StateChemistry.2001，160，230-238.；[3]T.G.Amos，A.Yokochi，A.W.Sleight.Journal of Solid State Chemistry.1998，14，303-307.中报道的，具有负热膨胀特性的材料仍然很少，同时这些报道的材料多存在制备工艺条件复杂等不足。所以，通过一种简单的制备方式，获取具有较宽负热膨胀温度范围的材料，具有更高的开发利用价值。
发明内容
本发明目的在于提供一种在较宽温度范围内具有负热膨胀特性的材料TaVO₅及其制备方法。本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
本发明提出一种负热膨胀材料TaVO₅，是将分析纯的V₂O₅与Ta₂O₅按摩尔比0.52∶0.48～0.6∶0.4混合，采用固相法合成TaVO₅。
所述负热膨胀材料TaVO₅在室温至800℃的温度范围内，膨胀系数为-1.22×10^-5；在室温至600℃温度范围内，表观线膨胀系数α＝-3.72×10^-6℃^-1，具有较强的可重复性。
本发明的另一个目的还在于提供一种所述负热膨胀材料TaVO₅的制备方法，其具体制备步骤如下：
(1)选取分析纯的V₂O₅与Ta₂O₅为原料，将V₂O₅和Ta₂O₅按摩尔比0.52∶0.48~0.6∶0.4混合，在乙醇溶液中球磨5～8小时使其充分混匀。
(2)将上述得到的粉末干燥后在750℃～850℃范围内保温2～10小时，降温冷却后压制成片，再在750℃～850℃范围内保温10～48小时，冷却后即可得到纯的具有负热膨胀性能的TaVO₅。
本发明以分析纯的V₂O₅与Ta₂O₅为原料，由于V₂O₅在700℃以上有少量挥发，应将V₂O₅少许过量。
本发明的优点在于：
1.本发明所述负热膨胀材料TaVO₅具有较高的可重复性，负热膨胀温度范围大。
2.本发明所述的制备方法具有在限定的温度范围内稳定不分解的特点，制备简单，无需大规模设备。
附图说明
图1是按摩尔比0.52∶0.48制备的TaVO₅的X射线衍射图谱；
图2是按摩尔比0.55∶0.45制备的TaVO₅的X射线衍射图谱；
图3是TaVO₅的本征热膨胀的单胞体积与温度的关系；
图4是TaVO₅的表观线膨胀与温度的关系。
具体实施方式
实施例1
称取3.0838克V₂O₅和6.9162克Ta₂O₅，使其摩尔比V₂O₅∶Ta₂O₅＝0.52∶0.48，在乙醇溶液中球磨1小时使其混匀。得到的粉末干燥后，以5℃/min的升温速率升温至800℃，保温3小时。降温冷却后，于50kN的压力下压制成片，再以5℃/min的升温速率升温至800℃，保温煅烧24小时。冷却后即可得到纯的具有负热膨胀性能的TaVO₅。
实施例1制备得到的TaVO₅的物相分析见图1所示，图1表明按摩尔比V₂O₅∶Ta₂O₅＝0.52∶0.48可制备出纯的TaVO₅化合物。
实施例2：
称取1.6735克V₂O₅和3.3266克Ta₂O₅，使其摩尔比V₂O₅∶Ta₂O₅＝0.55∶0.45，在乙醇溶液中球磨1小时使其混匀。得到的粉末干燥后，以5℃/min的升温速率升温至800℃，保温3小时。降温冷却后，于50kN的压力下压制成片，再以5℃/min的升温速率升温至800℃，保温煅烧24小时。冷却后也可得到纯的具有负热膨胀性能的TaVO₅。
实施例2制备得到的TaVO₅的物相分析见图2所示，图2表明，按摩尔比V₂O₅∶Ta₂O₅＝0.55∶0.45也可制备出纯的TaVO₅化合物。
实施例3：
称取3克实施例1获得的TaVO₅粉末样品，于50kN的压力下压制成28mm×5mm×3mm的条状，放置于瓷舟中，于820℃保温24h，即可获得致密的TaVO₅条状材料。
实施例3所得的TaVO₅条状材料的表观线膨胀与温度的关系曲线见图3所示，图3所示是单胞参数与温度的变化关系，图中TaVO₅的单胞体积随温度的升高而减小，具有负热膨胀性能，在室温至800℃的温度范围内，本征体膨胀系数为-1.22×10^-5℃^-1。图4是TaVO₅的表观线膨胀与温度的关系，表明该材料在宏观也具有良好的负热膨胀性能，在室温至600℃温度范围内，表观线膨胀系数α＝-3.72×10^-6℃^-1，并具有良好的可重复性，具有良好的应用前景。