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工程塑料已经在工程上许多场合取代传统的金属材料,制造机器零部件,但是其尺寸稳定性不及金属材料在很大程度上限制了其扩大应用。采用新型负热膨胀(NTE)材料ZrW2O8作为塑料的尺寸稳定剂,是塑料改性研究的热点之一。ZrW2O8具有负热膨胀系数大、响应温度范围宽和负热膨胀各向同性等特点,本文分别采取共沉淀法和溶胶-凝胶法,以钨酸铵(H40N10O41W12·6H2O)和氧氯化锆(ZrOCl2·8H2O)等为原料,合成出ZrW2O8粉体,试验考察工艺参数以及原料配比对最终产物ZrW2O8纯度的影响规律,分析探讨ZrW2O8晶体结构,具有一定的理论意义和应用价值。
采用X射线衍射仪对不同合成条件下所得样品进行物相分析。采用MaterialStudio程序和FullProf-Suite程序对对共沉淀法中Zr与W的摩尔比为1:1.8的前驱体于1200℃条件下保温2小时后所得ZrW2O8样品的XRD数据分和原子位置进行精化修正。结果表明:ZrW2O8晶体的结构属立方晶系,空间群为P213(198),晶胞参数为0.9158nm,晶胞体积为0.7673nm3,密度为5.08g·cm-3,每个晶胞中有4个ZrW2O8分子。
通过共沉淀法,先合成前驱体,再高温煅烧,可获得ZrW2O8粉体的合成产物。在低于1200℃的煅烧过程中,由Zr(OH)4·2H2O和H6W6O21组成的前驱体只能产生均匀分散的单斜相WO3和ZrO2,但煅烧温度达到1200℃时反应生成立方相的ZrW2O8。所合成的前躯体在1100℃下即使延长保温时间仍未见ZrW2O8生成,而前躯体己分解为WO3和ZrO2。在1200℃下煅烧0.5h以上前躯体即已转变为ZrW2O8,随着保温时间的延长,ZrW2O8的纯度提高。
相比溶胶-凝胶法,共沉淀法耗时少,且工艺简单,为制备ZrW2O8粉体的最佳方法,其最佳工艺条件为:原料中Zr与W原子摩尔比为1:1.8,前驱体于105℃干燥2小时,再置于630℃条件下保温2小时,取出空冷,研磨后于1200℃条件下保温2h,取出试样淬冷,即获得最终产物ZrW2O8。