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低膨胀β-锂霞石基复合材料的研究现状与进展

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材料导报 2020年第5期34卷 68-77页

作者：薛耀辉蒋军彪张辉文昌秀苏宗锋崔晓霞郭海涛西安现代控制技术研究所西安710065 中国科学院西安光学精密机械研究所西安710119

热膨胀系数是材料的重要参数之一,自然界中,绝大多数物质都具有较高的热膨胀系数,热胀冷缩的情况较为严重,因此,这类物质通常具有较差的抗热冲击性,不能在温度变化巨大的环境下使用。如不均匀的温度分布和大的温度变化会引起航空航天器... 详细信息

热膨胀系数是材料的重要参数之一,自然界中,绝大多数物质都具有较高的热膨胀系数,热胀冷缩的情况较为严重,因此,这类物质通常具有较差的抗热冲击性,不能在温度变化巨大的环境下使用。如不均匀的温度分布和大的温度变化会引起航空航天器件结构破坏和电子设备的几何热变形,从而造成信号失真。然而自然界中,也存在少数具有负热膨胀系数的物质。这类材料的体积会随着温度的升高而减小。利用热膨胀系数的加和性,可将具有低热膨胀系数或负热膨胀系数的材料与高热膨胀系数的材料复合,得到热膨胀系数可调的复合材料,可显著提高其抗热震性。负热膨胀材料分为各向同性负热膨胀材料和各向异性负热膨胀材料。各向同性负热膨胀材料主要是ZrV 2-x P x O 7和ZrW 2O 8系列,各向异性负热膨胀材料主要包括β-锂霞石、钙钛矿系列、A 2M 3O 12系列、M(CN)2(M=Zn,Cd)系列、氧化物、沸石系列和金属有机框架结构材料(MOFs)等。其中,β-锂霞石因其具有较大的负热膨胀系数(α=-6.1×10-6 K-1)、较低的密度(2.67 g/cm 3)、良好的抗热震性、介电性能及红外辐射,常被用作调节复合材料热膨胀系数的材料。β-锂霞石可与其他材料复合,制备出具有负热膨胀或接近“零膨胀”的复合材料,极大地提高材料的抗热震性和尺寸稳定性,进而提高材料的使用寿命。因此,β-锂霞石常被用来制备一些低膨胀陶瓷、微晶玻璃、金属基等复合材料,用于电气设备、电子元件、导弹天线罩涂层材料、激光陀螺仪和天文望远镜等领域。同时,由于β-锂霞石的各向异性热膨胀特性,复合材料中存在较多的残余应力从而使其机械强度下降。为了解决这个问题,可在复合材料中继续引入机械强度较高的纤维或晶须来提高其机械强度,形成三相复合的低膨胀、高机械强度的复合材料。这将进一步拓展此复合材料在惯性导弹、光纤陀螺等航空航天中的应用。本文主要综述了β-锂霞石在金属、玻璃以及陶瓷低膨胀两相或三相复合材料领域的研究现状及进展,概述了这几类低膨胀系数复合材料的制备工艺、热学性能、力学性能及应用领域,对β-锂霞石基复合材料未来的发展趋势及应用前景进行了展望。

关键词： β-锂霞石负热膨胀复合材料

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β-锂霞石低膨胀陶瓷粉体的固相合成

人工晶体学报 2015年第11期44卷 3370-3374页

作者：卢希龙赵秀娟曹春娥洪琛沈华荣梁翠玲景德镇陶瓷学院景德镇333000

以超细氧化铝、水磨石英和碳酸锂为原料,采用固相法合成了锂铝硅(LAS)系β-锂霞石(LiAlSiO_4)低膨胀陶瓷粉体。用TG-DTA研究了β-锂霞石陶瓷粉体的固相合成工艺,找出合适的工艺参数。用XRD、SEM等对样品进行了表征,研究以β-锂霞石为目... 详细信息

以超细氧化铝、水磨石英和碳酸锂为原料,采用固相法合成了锂铝硅(LAS)系β-锂霞石(LiAlSiO_4)低膨胀陶瓷粉体。用TG-DTA研究了β-锂霞石陶瓷粉体的固相合成工艺,找出合适的工艺参数。用XRD、SEM等对样品进行了表征,研究以β-锂霞石为目标晶相的锂铝硅(LAS)三元系统配合料晶相组成随温度的演化过程。结果表明:石英在658℃左右先于氧化铝参与反应形成了偏硅酸锂;石英和氧化铝的引入,使得Li2CO3由纯物质达到熔点后熔融-逐步分解模式转变为LAS三元系统中迅速、完全地直接分解模式。当温度为1200℃、保温时间120min时,能完全生成β-锂霞石(LiAlSiO_4)陶瓷粉体,其晶相组成随温度的演化次序为:Li_2SiO_3→Li_xAl_xSi_(1-x)O_2→α-锂辉石→β-锂辉石→β-锂霞石。

关键词： β-锂霞石固相合成低膨胀陶瓷粉体

β-锂霞石负膨胀微晶玻璃的制备技术及结构特征

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功能材料 2005年第6期36卷 825-827页

作者：康利军刘彤苏志梅李同海孔玉娥王丽莉赵京中国科学院西安光学精密机械研究所信息光子学室

研究了β锂霞石微晶玻璃的制备技术、结构特征及其负膨胀特征。首先采用玻璃结晶法制备β锂霞石负膨胀微晶玻璃材料,然后通过XRD、SEM等测试手段,表征了β锂霞石微晶玻璃材料的结构特征。并讨论β锂霞石负膨胀微晶玻璃的膨胀系数及其与... 详细信息

研究了β锂霞石微晶玻璃的制备技术、结构特征及其负膨胀特征。首先采用玻璃结晶法制备β锂霞石负膨胀微晶玻璃材料,然后通过XRD、SEM等测试手段,表征了β锂霞石微晶玻璃材料的结构特征。并讨论β锂霞石负膨胀微晶玻璃的膨胀系数及其与晶相组成和晶化温度及时间的依从关系,使其负膨胀系数在一定范围内连续可调。研究并制备出热膨胀系数可达到为-1.037×10-5/℃的β锂霞石微晶玻璃。

关键词： β-锂霞石微晶玻璃负膨胀系数

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一种新的β-锂霞石增强铜基复合材料热性能

材料科学与工艺 2010年第2期18卷 225-228页

作者：薛宗伟王黎东杨丛涛费维栋哈尔滨工业大学材料科学与工程学院哈尔滨150001 哈尔滨东大高新材料股份有限公司哈尔滨150060

采用热压烧结工艺成功制备了一种新的β-锂霞石增强铜基复合材料.利用扫描电镜和透射电镜对复合材料的微观组织进行了分析,并对不同体积分数复合材料的致密性,热膨胀性能和热传导性能进行了测试.结果表明:β-锂霞石颗粒在铜基体中分布均... 详细信息

采用热压烧结工艺成功制备了一种新的β-锂霞石增强铜基复合材料.利用扫描电镜和透射电镜对复合材料的微观组织进行了分析,并对不同体积分数复合材料的致密性,热膨胀性能和热传导性能进行了测试.结果表明:β-锂霞石颗粒在铜基体中分布均匀,界面清晰,不发生界面反应;体积分数对复合材料致密性、热膨胀系数和热导率有明显影响,当β-锂霞石颗粒体积分数超过40%时,复合材料的致密性有明显下降,热膨胀系数在(9～15.4)×10-6/K,同时热导率在50～170W/m·K.

关键词： β-锂霞石铜基复合材料热压烧结热膨胀系数

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烧结法制备负膨胀β-锂霞石微晶玻璃

中国陶瓷 2016年第11期52卷 6-11页

作者：童磊江伟辉梁健刘健敏包镇红冯果吴倩景德镇陶瓷大学景德镇333000

采用化学纯原料,利用烧结法制备了Li_2O-Al_2O_3-SiO_2系负膨胀微晶玻璃。利用DTA、XRD、SEM和EDS等测试方法,研究了微晶玻璃基础成分配比(Al_2O_3/Li_2O)和添加剂(Bi_2O_3)用量对微晶玻璃物相组成、显微结构、热学性能和力学性能的影... 详细信息

采用化学纯原料,利用烧结法制备了Li_2O-Al_2O_3-SiO_2系负膨胀微晶玻璃。利用DTA、XRD、SEM和EDS等测试方法,研究了微晶玻璃基础成分配比(Al_2O_3/Li_2O)和添加剂(Bi_2O_3)用量对微晶玻璃物相组成、显微结构、热学性能和力学性能的影响。随着Al_2O_3/Li_2O不断增大,样品的主晶相始终为β-锂霞石,样品的吸水率逐渐减小,热膨胀系数与抗折强度则不断增大。随着Bi_2O_3添加量的增加,微晶玻璃中次晶相Bi_2SiO_5的析出量也随之增加。由于Bi_2SiO_5晶相的热膨胀系数远大于β-锂霞石晶相,故微晶玻璃的热膨胀系数逐渐增大。

关键词：微晶玻璃负膨胀 β-锂霞石烧结法

β-锂霞石对Bi2O3-B2O3-ZnO系封接焊料封接粘结拉伸强度影响的研究

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硅酸盐通报 2019年第9期38卷 2960-2966页

作者：孙诗兵李金威吕锋刘敏田英良李要辉王晋珍左岩北京工业大学材料科学与工程学院北京100124 中国建筑材料科学研究总院北京100024

低温封接真空玻璃以降低退钢化效应是当前研究的难点问题,采用环保型封接焊料替代含铅焊料是热点问题,铋锌硼玻璃是最有希望替代含铅焊料的低熔点玻璃系统。将不同掺量(wt%)的β-锂霞石掺入到Bi2O3-B 2O 3-ZnO系封接玻璃中,制备封接焊料... 详细信息

低温封接真空玻璃以降低退钢化效应是当前研究的难点问题,采用环保型封接焊料替代含铅焊料是热点问题,铋锌硼玻璃是最有希望替代含铅焊料的低熔点玻璃系统。将不同掺量(wt%)的β-锂霞石掺入到Bi2O3-B 2O 3-ZnO系封接玻璃中,制备封接焊料,通过十字交叉法测试在不同烧结温度下封接的封接粘结拉伸强度,研究β-锂霞石掺量、烧结温度对封接粘结拉伸强度、粘结层厚度的影响。结果表明:在410~430℃,β-锂霞石掺量为9%~12%时能明显提高封接粘结拉伸强度,其中410℃烧结时,掺量为9%的强度提高28%,达到1.19 MPa。β-锂霞石掺量6%~12%时,在410~450℃烧结温度范围,封接粘结拉伸强度随烧结温度变化小,有利于封接工艺的控制。随β-锂霞石掺量增加,封接界面处由明显的压应力转变为明显的拉应力,相应的封接粘结拉伸强度由低转变为高,再转变为低。在各烧结温度下粘结层厚度随β-锂霞石掺量的增加而增大,但未发现其与强度存在直接关联关系。

关键词：封接粘结拉伸强度 β-锂霞石真空玻璃封接焊料

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β-锂霞石的合成研究进展

合成化学 2015年第10期23卷 985-992页

作者：张巍派力固(大连)工业有限公司辽宁大连116600

综述了β-锂霞石的合成方法,主要包括高温固相反应法、低温燃烧法、溶胶-凝胶法、高分子网络凝胶法和玻璃结晶法。并对各方法的优缺点进行了简要评述。参考文献53篇。

关键词： β-锂霞石矿物合成综述

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β-锂霞石超细粉体的制备及性能研究

β-锂霞石超细粉体的制备及性能研究

作者：李岩长春理工大学

学位级别：硕士

本文分别采用了溶胶-凝胶法、沉淀法、水热法以及低温燃烧法对β-锂霞石超细粉体的合成进行了研究。结果表明,相对于其他方法,采用溶胶-凝胶法,并使用柠檬酸作为络合剂时,所制得的粉体质量较好。详细的分析了原料处理、成胶条件、煅烧... 详细信息

本文分别采用了溶胶-凝胶法、沉淀法、水热法以及低温燃烧法对β-锂霞石超细粉体的合成进行了研究。结果表明,相对于其他方法,采用溶胶-凝胶法,并使用柠檬酸作为络合剂时,所制得的粉体质量较好。详细的分析了原料处理、成胶条件、煅烧条件等对最终产物性能的影响。采用溶胶-凝胶法,用无水乙醇作溶剂,并以柠檬酸作为络合剂时,当柠檬酸与金属离子比为2：1、pH=3、温度控制在65℃时,所得凝胶质量最好。应用X射线衍射仪、扫描电子显微镜等设备对制备的粉体进行表征。结果表明：经过600℃处理后的前躯体,再在1300℃下进行煅烧,最后可得到晶相纯度高、粒径约20nm～30nm的β-锂霞石超细粉体。

关键词： β-锂霞石超细粉体溶胶-凝胶法负热膨胀

β-锂霞石/铜复合材料显微组织和热物理性能研究

同方学位论文库评论

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β-锂霞石/铜复合材料显微组织和热物理性能研究

作者：薛宗伟哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

本文利用真空热压烧结工艺成功制备了不同体积分数β-锂霞石为增强体的铜基复合材料,并对烧结态的复合材料我们进行了退火处理和热挤压处理。利用X射线衍射(XRD)、金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等方法对β... 详细信息

本文利用真空热压烧结工艺成功制备了不同体积分数β-锂霞石为增强体的铜基复合材料,并对烧结态的复合材料我们进行了退火处理和热挤压处理。利用X射线衍射(XRD)、金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等方法对β-锂霞石/铜复合材料进行了物相、表面形貌、断口形貌和界面特征分析;利用热膨胀分析和热传导测量设备对β-锂霞石/铜复合材料的烧结态、退火态和热挤压态分别进行了热物理性能测试和分析。采用真空热压烧结法成功制备了β-锂霞石分布均匀的铜基复合材料。新发现在真空退火的过程中β-锂霞石发生了分解消失。β-锂霞石颗粒在复合材料中在大范围内分布均匀,但是微观分布有团聚现象。随着β-锂霞石体积分数的增加,团聚现象更加明显。复合材料中β-锂霞石与铜的界面结合能力很差;β-锂霞石与铜的界面清晰,没有发生界面反应。复合材料的致密性随着β-锂霞石体积分数的增加而降低,当体积分数达到50%时,复合材料的致密性只有89%。随着β-锂霞石体积分数的增加,复合材料的线平均热膨胀系数降低。复合材料的热错配应力对热膨胀系数有很大的关系。在升温过程中,当增强体压应力松弛和拉应力产生时,复合材料的热膨胀系数小于按混合法则计算的结果,当增强体中拉应力松弛时,复合材料的热膨胀系数大于按混合法则计算的结果。退火处理和热挤压可以降低β-锂霞石/铜复合材料的热膨胀系数。这主要是因为退火处理改善了复合材料中热残余应力分布状态和使复合材料的界面结合更加良好。热导率随着β-锂霞石颗粒体积分数的增加而减小;热挤压可以提高复合材料的热导率。

关键词： β-锂霞石真空热压烧结热膨胀热挤压