一种具有塑性的单轴零膨胀复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种具有塑性的单轴零膨胀复合材料及其制备方法，通过在R

A plastic uniaxial zero expansion composite and its preparation

【技术实现步骤摘要】
一种具有塑性的单轴零膨胀复合材料及其制备方法
本专利技术属于高精密仪器
，尤其涉及一种具有塑性的单轴零膨胀复合材料及其制备方法。
技术介绍
零膨胀材料作为一种功能材料是指随温度变化其本身尺寸不发生任何变化的材料。主要应用在高精密仪器领域，例如光学仪器、微电子器件、航空航天等，目前迫切需要形状和尺寸不随温度变化的材料，以保证其构件具有高的尺寸稳定性、精密性和长的使用寿命，而低(近零)热膨胀材料的微观尺寸随温度变化近似保持不变，可以在特定温度区域内保持体积既不膨胀也不冷缩，因此此类材料的研究日益受到重视。零膨胀材料主要可以分为陶瓷和金属以及复合材料三大类。陶瓷材料因力学性能差以及在导热、导电方面均表现平平，致使其无法真正推广应用。金属材料虽然有着优异的导热、导电性能，但有零膨胀性性能材料种类稀少，且主要存在于金属间化合物中。但是金属间化合物本身固有的脆性，导致其也无法真正走向应用。传统的复合材料一般是通过固相烧结形成金属/陶瓷基复合零膨胀材料。然而，这种复合对于力学性能提升有限以及两种材料本身的热膨胀性能不匹配也会导致产生热裂纹而失效。因此，有必要研究一种具有塑性的单轴零膨胀复合材料及其制备方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种具有塑性的单轴零膨胀复合材料及其制备方法，通过在R2Fe17(R指稀土元素)型金属间化合物基体中引入α-Fe第二相，合成步骤简单容易实现，且通过共晶反应形成的相界面比传统的固相烧结的到的复合结构更加稳定，实现了热膨胀的调控的同时，力学性能也得到了显著的提升。一方面，本专利技术提供一种具有塑性的单轴零膨胀复合材料的制备方法，所述制备方法在R2Fe17型金属间化合物中引入α-Fe相作为第二相，其中R2Fe17表现为负热膨胀，α-Fe表现为正热膨胀，通过控制两相比例以及R2Fe17的取向来进行正热膨胀和负热膨胀的调控，得到宽温区的单轴零膨胀材料，其中R为稀土元素。如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述制备方法包括以下步骤：步骤1：准备R2Fe17型金属间化合物原料和α-Fe相原料；步骤2：将步骤1中两种原料进行混合；步骤3：通过电弧炉将混合后的原料熔炼均匀；步骤4：将熔炼均匀的样品置于保护气氛下退火；步骤5：退火结束后，获得单轴零膨胀复合材料。如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述水槽在铜板上均匀分布或周期性分布。如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述步骤1中R2Fe17型金属间化合物原料和α-Fe相原料的纯度均>99.5％。如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述步骤1中R2Fe17相为六方晶系或三方晶系，其中当R为轻稀土元素时，表现为三方晶系，空间群为R-3m，当R为重稀土时，表现为六方晶系，空间群为P63/mmc。如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述步骤4具体为所得样品置于保护气氛下，1100℃退火至少24h；保护气氛为真空或惰性气体。如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述R2Fe17型金属间化合物为基体相，所述α-Fe相为塑性第二相，通过引入塑性第二相改善基体相的力学行为，通过两相的协同作用，抑制金属间化合物的本征脆性。如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种具有塑性的单轴零膨胀复合材料，所述单轴零膨胀复合材料的化学式为RxFe1-x，其中0＜x≤0.09，R为稀土元素。如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，同一块铜板在其整个长度上采用锥度的平均锥度变化率为0.5％～2.5％。如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述单轴零膨胀复合材料中包括Ho0.04Fe0.96，所述Ho0.04Fe0.96在100～335K温度区间内表现零膨胀特性，线膨胀系数αl为0.19×10-6。与现有技术相比，本专利技术可以获得包括以下技术效果：1、本专利技术所述零膨胀复合材料形状和尺寸不随温度变化而变化，具有高的尺寸稳定性、精密性和长的使用寿命，低(近零)热膨胀材料的微观尺寸随温度变化近似保持不变，可以在特定温度区域内保持体积既不膨胀也不冷缩；2、本专利技术所述零膨胀复合材料形状是一种具有优异的力学性能的零膨胀复合材料，克服了传统金属间化合物的本征脆性，同时也比传统的陶瓷材料拥有更高的导热、导电率，且原材料相对于金属间化合物更为低廉，使之真正走向应用成为可能。当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1是本专利技术所述零膨胀复合材料，当R＝Ho时，Ho0.04Fe0.96粉末在300K下X射线衍射结构精修图谱；图2是本专利技术所述R2Fe17相与α-Fe相的晶体结构图；图3是本专利技术所述RxFe1-x(R＝Ho，x＝0.03,0.04,0.05,0.07,0.09)线膨胀图；图4是本专利技术所述Ho0.04Fe0.96在300K下的工程应力应变曲线。【具体实施方式】为了更好的理解本专利技术的技术方案，下面结合附图对本专利技术实施例进行详细描述。应当明确，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本专利技术。在本专利技术实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。本专利技术提供一种具有塑性的单轴零膨胀复合材料，所述单轴零膨胀复合材料的化学式为RxFe1-x，其中0＜x≤0.09，R为稀土元素，所述单轴零膨胀复合材料中包括Ho0.04Fe0.96，所述Ho0.04Fe0.96在100～335K温度区间内表现零膨胀特性，线膨胀系数αl为0.19×10-6。本专利技术还提供一种具有塑性的单轴零膨胀复合材料的制备方法，所述制备方法在R2Fe17型金属间化合物中引入α-Fe相作为第二相，其中R2Fe17表现为负热膨胀，α-Fe表现为正热膨胀，通过控制两相比例以及R2Fe17的取向来进行正热膨胀和负热膨胀的调控，得到宽温区的单轴零膨胀材料。所述制备方法包括以下步骤：步骤1：准备R2Fe17型金属间化合物原料和α-Fe相原料，原料的纯度均>99.5％，R2Fe17相为六方晶系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有塑性的单轴零膨胀复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法在R

【技术特征摘要】
1.一种具有塑性的单轴零膨胀复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法在R2Fe17型金属间化合物中引入α-Fe相作为第二相，其中R2Fe17表现为负热膨胀，α-Fe表现为正热膨胀，通过控制两相比例以及R2Fe17的取向来进行正热膨胀和负热膨胀的调控，得到宽温区的单轴零膨胀材料,其中R为稀土元素。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
步骤1：准备R2Fe17型金属间化合物原料和α-Fe相原料；
步骤2：将步骤1中两种原料进行混合；
步骤3：通过电弧炉将混合后的原料熔炼均匀；
步骤4：将熔炼均匀的样品置于保护气氛下退火；
步骤5：退火结束后，获得单轴零膨胀复合材料。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中R2Fe17型金属间化合物原料和α-Fe相原料的纯度均>99.5％。


4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中R2Fe17相为六方晶系或三方晶系，其中当R为轻稀土元素时，表现为三方晶系，空间群为R-3m，当R为重稀土...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢献然，林鲲，余成意，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11