阅读说明：本技术 一种低热膨胀材料及其制备方法和应用 (Low-thermal-expansion material and preparation method and application thereof ) 是由 陈骏 张娅 施耐克 宋玉柱 刘辉 于 2021-08-27 设计创作，主要内容包括：本发明实施例公开一种低热膨胀材料及其制备方法和应用,属于低热膨胀材料技术领域。本发明的低热膨胀材料包括氰胺锌。将锌盐、氰胺盐、氨水加入水中后,反应,后处理,制得所述氰胺锌。本发明的低热膨胀材料温度区间宽,在N-(2)氛围下-150℃-800℃范围内不分解,在空气氛围下-150℃-375℃范围内不分解,可长期稳定存在,其重量随着温度的变化只有微弱改变,是理想的低热膨胀材料。本发明的低热膨胀材料的成本低廉,制备工艺简单,制备规模可控,有望大规模合成。(The embodiment of the invention discloses a low thermal expansion material and a preparation method and application thereof, belonging to the technical field of low thermal expansion materials. The low thermal expansion material of the present invention comprises zinc cyanamide. Adding zinc salt, cyanamide salt and ammonia water into water, reacting, and performing post-treatment to obtain the cyanamide zinc. The low thermal expansion material of the invention has a wide temperature range of N 2 The material does not decompose in the range of-150 ℃ to 800 ℃ in the atmosphere, does not decompose in the range of-150 ℃ to 375 ℃ in the air atmosphere, can exist stably for a long time, has only slight change along with the change of temperature, and is an ideal low-thermal expansion material. The low-thermal expansion material has low cost, simple preparation process and controllable preparation scale, and is expected to be synthesized on a large scale.)

一种低热膨胀材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于低热膨胀材料的技术领域，涉及一种低热膨胀材料及其制备方法和应用。

背景技术

低热膨胀材料具有很高的研究空间与广泛的应用领域，因为低热膨胀性能材料其体积随着温度的变化只有微弱改变甚至没有变化，用于降低以及解决热胀冷缩或者热膨胀系数不匹配引起的器件失效及损坏等问题，从而稳定性能。

低热膨胀材料可以应用于烤箱到冷冻的炊具、电子设备、热机组件、汽车、集成电路板及航天材料等重要领域，低热膨胀性能可以保证产品在操作热环境发生变化时不会产生微裂纹。

但是目前市场上可以利用的低热膨胀材料较少并且温度区间小，所以开发出一种温度区间宽的低热膨胀性能材料是非常迫切的。

发明内容

本发明解决的技术问题是目前市场上可以利用的低热膨胀材料较少并且温度区间小。本发明的低热膨胀材料温度区间宽，在N₂氛围下-150℃-800℃范围内不分解，在空气氛围下-150℃-375℃范围内不分解，可长期稳定存在。本发明的低热膨胀材料的成本低廉，制备工艺简单，制备规模可控，有望大规模合成。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

本发明的目的之一是提供一种低热膨胀材料，所述低热膨胀材料包括氰胺锌。

本发明的低热膨胀材料还可与现有常规的其他低热膨胀材料或负热膨胀材料，可以一同复配，共同作为低热膨胀材料使用。

本发明的目的之二是提供本发明的目的之一的低热膨胀材料的制备方法，

将锌盐、氰胺盐、氨水加入水中后，反应，后处理，制得所述氰胺锌。

优选的，

所述锌盐选自氯化锌、硝酸锌、二水合氯化锌、四水合氯化锌、六水合硝酸锌中的一种或组合。

优选的，

所述氰胺盐选自单氰胺(CH₂N₂)。

优选的，

所述锌盐、氰胺盐、氨水的质量比为1：0.4-1.5：1.8-4，优选为1：0.4-1：1.8-3.5。

优选的，

所述反应的体系中，锌盐的浓度为0.04wt％-0.15wt％。

优选的，

所述氨水的浓度为12.5wt％-25wt％。

优选的，

所述反应时长为3-10小时。

优选的，

所述后处理包括过滤、洗涤，然后进行真空干燥的步骤；真空干燥后是否研磨不影响氰胺锌作为低热膨胀材料的使用，只是研磨前为块状固体。

真空干燥的温度为50-100℃，时间为5小时以上。

本发明的目的之三是提供本发明的目的之一的低热膨胀材料的应用。

本发明的低热膨胀材料可以应用于烤箱到冷冻的炊具、电子设备、热机组件、汽车、集成电路板及航天材料等重要领域。

本发明实施例提供的上述技术方案，至少具有如下有益效果：

本发明弥补了低热膨胀性能材料缺乏的问题，研发一种具有低热膨胀性能的材料氰胺锌。

本发明的低热膨胀材料温度区间宽，在N₂氛围下-150℃-800℃范围内不分解，在空气氛围下-150℃-375℃范围内不分解，可长期稳定存在。本发明的低热膨胀材料的成本低廉，制备工艺简单，制备规模可控，有望大规模合成。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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发明的一些实施例，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他的附图。

图1为本发明制备的氰胺锌化合物XRD图。

图2为本发明制备的氰胺锌化合物a轴与温度的关系图。

图3为本发明制备的氰胺锌化合物b轴与温度的关系图。

图4为本发明制备的氰胺锌化合物c轴与温度的关系图。

图5为本发明制备的氰胺锌化合物单胞体积与温度的关系图。

图6为本发明制备的氰胺锌化合物在N₂气氛下TG-DSC图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

实施例1

本发明的低热膨胀材料的制备方法，包括以下步骤：

将氯化锌、单氰胺、氨水(浓度为24wt％)加入水中后，制得混合液，混合液中，氯化锌、单氰胺、氨水的质量比为1：0.4：1.8，氯化锌的浓度为0.05wt％；然后搅拌条件下，反应5小时，后处理时先过滤、然后用蒸馏水洗涤反应产物，再在70℃真空干燥6小时，冷却后研磨，得到氰胺锌。

实施例2

本发明的低热膨胀材料的制备方法，包括以下步骤：

将硝酸锌、单氰胺、氨水(浓度为18wt％)加入水中后，制得混合液，混合液中，氯化锌、单氰胺、氨水的质量比为1：1：3，硝酸锌的浓度为0.1wt％；然后搅拌条件下，反应6小时，后处理时先过滤、然后用蒸馏水洗涤反应产物，再在80℃真空干燥5小时，冷却后研磨，得到氰胺锌。

实施例3

本发明的低热膨胀材料的制备方法，包括以下步骤：

将二水合氯化锌、单氰胺、氨水(浓度为12.5wt％)加入水中后，制得混合液，混合液中，氯化锌、单氰胺、氨水的质量比为1：1.5：4，二水合氯化锌的浓度为0.15wt％；然后搅拌条件下，反应3小时，后处理时先过滤、然后用蒸馏水洗涤反应产物，再在50℃真空干燥10小时，冷却后研磨，得到氰胺锌。

经实施例1制备的氰胺锌的性能测试数据如下：

图1为本发明制备的氰胺锌化合物XRD图，从图1可以看出氰胺锌为单一相，即表明合成的氰胺锌为纯净物，没有其他杂质。这就表明图2-图6测试的氰胺锌的低热膨胀性能为氰胺锌的本征性质，不受其他物质的影响。

图2-4是本发明制备的氰胺锌化合物a,b,c轴分别随温度的变化，图5为本发明制备的氰胺锌化合物单胞体积与温度的变化关系，图2-5对应的测试数据如表1所示。可以看出，本发明制备的氰胺锌化合物在-150℃到50℃之间，呈强烈的低热膨胀性，热膨胀系数CTE＝+2.74×10^-6K^-1。50℃到200℃，呈现正膨胀性，CTE＝+8.48×10^-6K^-1。因此，本发明制备的氰胺锌化合物体积随着温度的变化只有微弱改变，是理想的低热膨胀材料。

表1

T	a	b	c	V
					200	8.81294	8.81294	5.43109	421.82082
150	8.81035	8.81035	5.43148	421.60346
					100	8.80808	8.80808	5.43187	421.41644
50	8.80635	8.80635	5.4323	421.28489
					0	8.80487	8.80487	5.43273	421.17639
-50	8.80376	8.80376	5.43332	421.11535
					-100	8.80282	8.80282	5.43393	421.07325
-150	8.8021	8.8021	5.43458	421.05443

图6为本发明制备的氰胺锌化合物在N₂气氛下TG-DSC图，可以看出在N₂气氛下氰胺锌至800℃都可稳定存在，其重量随着温度的变化只有微弱改变，是理想的低热膨胀材料。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。