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负热膨胀SnO_2-ZrO_2-2WO_3系统微晶材料的研究

张可成  
【摘要】:本文在ZrW_2O_8负热膨胀陶瓷材料的组成基础上,采用玻璃制备的工艺即高温熔制、淬冷成型方法制备出负热膨胀SnO_2-ZrO_2-2WO_3系统微晶材料;通过测量热膨胀系数、差热分析(DTA)、X射线衍射分析(XRD)、TREOR90多晶指标化以及扫描电镜分析(SEM);探讨了微晶材料的负热膨胀特性及机理;标定了微晶材料的结构参数;讨论了该系统玻璃态的稳定性;研究了在Sn2O组成中加入Al_2O_3对材料热膨胀性能,及对玻璃态稳定性的影响;制作和分析了SnO_2-ZrO_2-2WO_3系统相图;制备了Sn2O组成的晶体。结果表明: SnO_2替代量5mol%、25~80mol%时、微晶材料表现为正膨胀性;SnO_2替代量为10mol%、15mol%、20mol%时,在很大的温度范围内则表现出负膨胀特性;其中Sn2O组成在298K~1049K范围内热膨胀系数为-2.396×10~(-6)K~(-1);加入Al_2O_3后Sn2O组成的热膨胀系数变为正值。 SnO_2为5~60mol%微晶体的晶格类型为正交晶系,晶胞参数:a=9.145~9.201、b=12.070~12.686 、c=9.085~9.117;SnO_2替代量为80mol%微晶体的晶格类型属于单斜晶系,晶胞参数:a=10.939 、b=11.973 、c=7.814 。 SnO_2为10~20mol%的微晶材料的负膨胀特性是由[(Zr/Sn)O_6]八面体和[WO_3]四面体之间共角连接的桥氧,随温度升高横向振动加剧,使得[(Zr/Sn)O_6]八面体和[WO_3]四面体间距缩小引起的。 根据K_s(T)玻璃稳定性判剧表明,SnO_2-ZrO_2-2WO_3系统组成玻璃态稳定性次序依次为:Sn10>Sn5>Sn20>Sn30>Sn40>Sn60>Sn80;加入Al_2O_3的SnO20玻璃态稳定性次序依次为:A115>A120>A110>A15。 采用水淬急冷工艺制作了ZrW_2O_8-SnW_2O_8二元系统相图,为今后的研究奠定基础;随着SnO_2替代量的增加,系统的液相熔化温度先降低后升高,在SnO_2替代量为19mol%左右时出现低共熔点;1378K为固相线温度,当SnO_2替代量>60mol%后,固相线温度升高为1538K;从1049K到固相线温度为系统的分解温度区。 制备出Sn2O组成无色透明晶体;此晶体具有很好的化学稳定性,不溶于稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸和稀硝酸加稀硫酸的混合酸。


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