激光燒結(jié)合成ZrW-,2-O-,8-陶瓷及其性能研究.pdf

1、負(fù)膨脹材料在開發(fā)具有低膨脹或零膨脹的復(fù)合材料方面有著重要的作用，鎢酸鋯陶瓷是十分優(yōu)良的各向同性負(fù)膨脹材料，不僅有著大的負(fù)熱膨脹系數(shù)，還有著寬的溫度響應(yīng)區(qū)間(0.3-1050 K)，因此成為現(xiàn)在研究的熱點?？墒堑侥壳盀橹?，ZrW<,2>O<,8>的合成方法不是過程繁瑣，就是對工藝要求苛刻，它們都不適合大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，因此迫切需求開發(fā)一種新的合成方法。 本文采用高能CO<,2>激光器首次成功的合成了鎢酸鋯陶瓷，這是一種十分快速的

2、合成方法，數(shù)十克的樣品在幾秒鐘內(nèi)就可以被合成。利用XRD、拉曼光譜和掃描電鏡等分析手段對樣品進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，研究發(fā)現(xiàn)：激光合成的樣品與固相法及其它化學(xué)方法合成的樣品相比，樣品中有γ-ZrW<,2>O<,8>的生成，這暗示樣品在凝固的過程中有壓應(yīng)力的產(chǎn)生。樣品中的壓應(yīng)力與冷卻速率成正比，而冷卻速率與從熔池溫度到周圍環(huán)境溫度的溫度差成正比，與冷卻時間成反比。因此我們可以確認(rèn)降低掃描速度可以有效地減小壓應(yīng)力的大小。當(dāng)掃描速度小于2mm/s時

3、，ZrW<,2>O<,8>樣品主要以立方結(jié)構(gòu)存在。而對水冷卻的樣品，樣品主要以僅α-ZrW<,2>O<,8>存在，樣品中Y相同樣隨掃描速度的降低而減少。同時嘗試通過攙雜Mo來避免樣品中γ相的產(chǎn)生，在原料中加入少量的MoO<,3>，從而在反應(yīng)的過程中使一部分W的位置被Mo取代。結(jié)果成功的抑制了樣品中γ相的出現(xiàn)，這可能由于提高了樣品的抗壓能力。通過對在空氣中冷卻的致密塊狀樣品的變溫拉曼光譜分析，我們發(fā)現(xiàn)在溫度為390 K時，拉曼譜帶發(fā)生不連

4、續(xù)變化，表明在此溫度發(fā)生了相變，樣品由γ相轉(zhuǎn)變成α相。而α相向β相轉(zhuǎn)變時，沒有發(fā)現(xiàn)拉曼光譜的變化。在β相中，大部分拉曼模式能夠產(chǎn)生負(fù)的格臨愛森常數(shù)，表明至少在β相中光學(xué)聲子對材料的負(fù)熱膨脹系數(shù)有貢獻(xiàn)。當(dāng)樣品被冷卻到室溫時，又發(fā)現(xiàn)了Y相的恢復(fù)，這表明在溫度高于390 K時，立方相僅僅是個亞穩(wěn)相，而在室溫γ相更穩(wěn)定。通過掃描電鏡的觀察，在樣品的表面和橫截面樣品都是有納米結(jié)構(gòu)構(gòu)成，納米線和納米棒在樣品的表面區(qū)域平行的生長，而在樣品的橫截面它們