钨酸锆固相反应烧结法

钨酸锆是一种特殊的负热膨胀材粒，具有各向同性的负热膨胀性能，其温度范围为1378K-1530K时达到热力学稳定，其在常温下则以亚稳态存在。目前已发现其存在三种物相，分别是低温立方相α-ZrW₂O₈、高温相β-ZrW₂O₈、高压相γ-ZrW₂O₈，其热膨胀系数分别为aα＝-8.7x10^-6/K、 aβ＝-4.9x10^-6/K、aγ＝-1x10^-6/K。

目前，制备钨酸锆的方法主要有固相反应烧结、溶胶-凝胶法、水热法、共沉淀法、 微波合成法、燃烧法、激光烧结法、喷雾干燥法等。其中，溶胶-凝胶法制备周期太长不被采用，水热法的反应原理复杂，时间较长；共沉淀法工艺繁琐，不易控制；而固相 反应烧结法则具有原理简单，操作简便，限制条件小等优点。因此，目前，固相反应烧结法可以快速而有效地制备钨酸锆。

采用固相反应烧结法制备负膨胀材料钨酸锆可按以下步骤进行：

一、配料：将氧化锆粉体和氧化钨粉体按照质量比为1:3.5～4的比例混合，得混合物 料，然后将混合物料、氧化锆球石和蒸馏水按照质量比为1:2～5:0.5～2的比例加入到球磨 罐中；

二、球磨：将步骤一中的球磨罐放置于快速球磨机或者行星式球磨机中，球磨至混合 物料的平均粒径小于1μm，然后加入聚乙烯醇作为粘合剂再球磨5分钟后取出浆料；

三、烘干浆料：将步骤二中得到的浆料过40目标准筛，然后置于鼓风式干燥箱中于 85-100℃烘干14～16h，再用研钵粉碎后过60目标准检验筛，得到粉末；

四、陈腐：向步骤三得到的粉末中加入蒸馏水，混合均匀，封装陈腐24h；

五、模压成形：将步骤四中陈腐完毕的粉体用压片机在110～140MPa的压力范围内模压成形，作为试样；

六、烧结：将试样置于密闭的SiC坩埚中，放在马弗炉中于500℃排胶后，先以200 ℃/h的升温速率加热到600℃，保温1h后，再以300℃/h的升温速率加热到温度T，其中 1105℃≤T≤1260℃，保温2h，最后采用空气冷却或水冷却方式降至常温，即得到负膨胀材料钨酸锆。

这其中，采用的空气冷却方式和水冷却方式可以很好的抑制ZrW₂O₈的共析分解相变，保持ZrW₂O₈较高的产率。ZrW₂O₈的产率可达到80％以上，经过工艺改进以及添加适量的相变抑制催化剂可提高产率到约95％。

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