負熱膨脹材料A1-xBxMnO3-δ的制備及性能研究.pdf

1、為滿足性能設(shè)計要求，許多零部件采用多種材料制成。但由于不同材料熱膨脹特性不同，零部件中不同材料的熱膨脹系數(shù)存在差異，當環(huán)境溫度變化時就會導致不同材料間的熱失配，器件內(nèi)部產(chǎn)生微小裂紋，使得器件性能降低甚至損壞。負熱膨脹材料的發(fā)現(xiàn)，使得低膨脹甚至近零膨脹材料的制備成為現(xiàn)實。使用低膨脹材料制備的器件具有良好的熱適應(yīng)性，為解決上述熱失配問題提供了一條新的途徑，在精密儀器制造、航空航天等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。
　　大多說 A1-xBxMn

2、O3化合物由于其非常有趣的物理性質(zhì),如導電性、磁電阻效應(yīng)、磁熱效應(yīng)和負膨脹特性引起廣泛關(guān)注。這些化合物具有非常大的應(yīng)用潛力,包括磁致冷壓縮機和固體燃料電池。
　　本文主要對鈣鈦礦錳氧化物A1-xBxMnO3材料進行負膨脹的研究，主要包括兩方面。(1)Sm3+離子進行空位摻雜 Sr2+形成 Sm1-xSrxMnO3-δ，對其晶體結(jié)構(gòu)及可控熱膨脹性能研究;(2)NdMnO3晶體結(jié)構(gòu)及負膨脹性能的研究。并討論了其負膨脹機制。
　　

3、第一章緒論部分，介紹了負熱膨脹的定義、分類、負熱膨脹機理、制備方法、及研究內(nèi)容和目的。
　　第二章樣品性能測試部分，主要介紹了試驗中所用到的各種儀器。第三章Sm0.85Sr0.15MnO3-δ材料的制備及性能表征。實驗結(jié)果表明：
　　1）采用固相法成功制備出新的負膨脹材料 Sm0.85Sr0.15MnO3-δ，在360 K～873 K溫度區(qū)間，其線膨脹系數(shù)達-10.08×10-6/K；
　　2）樣品Sm0.85Sr0.

4、15MnO3-δ的組織為單一的球狀或橢球狀顆粒，顆粒尺寸1～2μm。Sm0.85Sr0.15MnO3-δ樣品較為致密，相對密度達95.5％；
　　3）Sm0.85Sr0.15MnO3-δ為正交結(jié)構(gòu)（空間群pbnm），由于Sr2+部分替代Sm3+，為維持化合價平衡，部分 Mn3+發(fā)生電子轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化成 Mn4+，形成 Mn3+-O2--Mn4+結(jié)構(gòu)；
　　4）Sm0.85Sr0.15MnO3-δ的熱膨脹機制為晶格振動和 Mn離子間

5、電子轉(zhuǎn)移兩個因素共同作用。當溫度低于360K時，溫度升高使得晶格振動加劇引起晶胞體積增大占優(yōu)，Sm0.85Sr0.15MnO3-δ呈現(xiàn)低正膨脹性能；當溫度高于360K時，溫度升高Mn4+轉(zhuǎn)化成Mn3+的離子數(shù)增加，導致Mn3+O6八面體畸變增大甚至產(chǎn)生氧缺陷，使得晶格體積變小占優(yōu)，Sm0.85Sr0.15MnO3-δ呈現(xiàn)負膨脹性能。
　　第四章NdMnO3材料的制備及性能表征。實驗結(jié)果表明：
　?。?）NdMnO3樣品是由帶

6、有凝聚體塊狀結(jié)構(gòu)組成。粒子的平均晶粒尺寸約6~7μm，純度較高。；
　?。?）在1523 K燒結(jié)的NdMnO3樣品，當溫度從233 K到269 K,熱膨脹系數(shù)-0.8487×10-6/K。;當溫度從293 K到759 K,負熱膨脹系數(shù)-4.7×10-6/K。隨著溫度的增加從759K到1007 K平均線膨脹系數(shù)為-18.88×10-6/K;在1573 K燒結(jié)的NdMnO3樣品，當溫度從293K到690 K,陶瓷 NdMnO3顯示了積

7、極的熱膨脹1.26×10-6/K。隨著溫度的增加,從785 K到1047 K平均線膨脹系數(shù)為-23.75×10-6/K;
　　（3）NdMnO3材料具有負熱膨脹性能的原因是：由變溫XRD分析可知， NdMnO3晶體存在相變。隨著溫度的升高，NdMnO3樣品在493 K發(fā)生了從正交相到菱形相相變，繼續(xù)升高溫度，NdMnO3樣品在1023 K發(fā)生了菱形相到立方相的相變。NdMnO3這種相變致使Mn-O鍵收縮，Nd-O鍵伸長，而在整個溫