CN101423390A - 一种钛酸铝-氧化锆-钛酸锆复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种钛酸铝-氧化锆-钛酸锆复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101423390A
CN101423390A CNA2008101820375A CN200810182037A CN101423390A CN 101423390 A CN101423390 A CN 101423390A CN A2008101820375 A CNA2008101820375 A CN A2008101820375A CN 200810182037 A CN200810182037 A CN 200810182037A CN 101423390 A CN101423390 A CN 101423390A
Authority
CN
China
Prior art keywords
matrix material
preparation
blank
aluminium
powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2008101820375A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101423390B (zh
Inventor
王志发
卜景龙
贾翠
王瑞生
朱宝利
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hebei University of Science and Technology
Hebei Polytechnic University
Original Assignee
Hebei University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hebei University of Science and Technology filed Critical Hebei University of Science and Technology
Priority to CN2008101820375A priority Critical patent/CN101423390B/zh
Publication of CN101423390A publication Critical patent/CN101423390A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101423390B publication Critical patent/CN101423390B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

本发明涉及一种钛酸铝－氧化锆－钛酸锆复合材料及其制备方法，属陶瓷材料领域。该复合材料所用原料以及原料的重量百分比为：＜0.03mm钛酸铝粉91～94.5％，＜100nm纳米氧化锆粉4.5～8％，＜100nm纳米氧化钛粉1～1.5％。其制备方法是将上述原料干混后，与足够量的酚醛树脂－乙醇稀释液混合后搅拌10分钟，将搅拌后的料浆去除乙醇后得到供成型的坯料；坯体成型压强100～150MPa；成型后坯体在110℃干燥2h；干燥后坯体经1500～1550℃保温2～3h烧成后得到钛酸铝－氧化锆－钛酸锆复合材料。该材料的强度比普通钛酸铝材料高的多，是冶金、玻璃、汽车、航天等领域有希望的更新材料。

Description

一种钛酸铝-氧化锆-钛酸锆复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于陶瓷材料领域，具体涉及一种钛酸铝-氧化锆-钛酸锆复合材料及其制备方法。
背景技术
本发明是开发一种可用于冶金、汽车、航天等领域的钛酸铝-氧化锆-钛酸锆复合材料。该复合材料是以钛酸铝为主成分，与少量的纳米钛酸锆与纳米氧化钛复合而成，该复合材料具有良好的高温性能、强度及抗热震性。
目前钢铁冶金方坯连铸系统中的钢水中间包氧化锆(ZrO2)定径水口材料存在着受瞬时热冲击作用极易发生热震开裂剥落、水口孔径扩大导致浇钢作业中断甚至造成跑钢以至于损毁连铸关键设备结晶器。急需研究开发一种耐高温、热膨胀系数较小、高抗热震性的高温结构陶瓷材料，替代现有的定径水口氧化锆材料。
钛酸铝(Al2TiO5)陶瓷材料具有高的熔点(1860℃)，在室温～1000℃温度范围，钛酸铝具有低的热膨胀系数α(α小于零，或接近于零)，是目前仅有的低膨胀、高熔点的抗热震陶瓷材料。但是钛酸铝陶瓷材料具有两个缺点：一是钛酸铝晶体各晶轴的热膨胀差异较大，导致钛酸铝在冷却时产生微裂纹，故而钛酸铝材料的机械强度较低，常温抗折强度低于20MPa；二是高温合成的钛酸铝降温至900℃～1300℃不稳定，分解成金红石(TiO2)和刚玉(α-Al2O3)，而失去了低膨胀特性。在钛酸铝合成配料中引入SiO2、MgO、MgF2、ZrO2、Fe2O3等稳定剂，钛酸铝中温分解得到有效抑制，其强度也有所改善。
钛酸铝陶瓷材料在齿科不锈钢合金熔炼坩埚、有色金属铝冶炼坩埚、铸铝升液管、浮法玻璃流液闸板、汽车尾气净化器载体等。引入稳定剂的钛酸铝材料其强度有所提高(常温抗折强度30MPa左右)，但仍属较低强度陶瓷材料，限制了钛酸铝材料在钢铁冶金、航天等领域的进一步应用。王志发等以工业氧化铝和钛白粉为原料，以少量SiO2、MgF2为稳定剂，所研制的钛酸铝坩埚具有优良的抗热震及抗钢液侵蚀性能。应用于口腔齿科合金钢义齿的感应熔炼铸造过程，可经受室温～1650℃感应熔炼的温度急变20次未开裂损坏，且钛酸铝坩埚经受1650℃合金钢液的熔炼铸造过程，坩埚内表面基本无合金钢液残留及侵蚀痕迹，但该钛酸铝坩埚存在强度较低的缺点。
氧化锆(ZrO2)的熔点为2677℃，对金属及硅酸盐熔渣具有优良的抗侵蚀能力。本发明采用在钛酸铝材料中引入少量的纳米氧化锆(n-ZrO2)及纳米氧化钛(n-TiO2)，制备耐高温、高强度、高抗热震性能的钛酸铝-氧化锆-钛酸锆复合材料，为钢铁及有色冶金、航天等工业领域提供一种新型高温结构材料，该复合材料有望作为钢铁冶金连铸定径水口的更新材料。国内外在钛酸铝-氧化锆-钛酸锆复合材料方面的研究与应用尚未见报道。
发明内容
本发明的发明目的在于上述现有技术中的不足，提供一种耐高温、强度高、高抗热震的钛酸铝-氧化锆-钛酸锆复合材料及其制备方法。
本发明的技术方案与技术特征为：
本发明为一种钛酸铝-氧化锆-钛酸锆复合材料及其制备方法，其特征在于该复合材料所用原料以及原料的重量百分比为：钛酸铝粉91～94.5％，纳米氧化锆粉4.5～8％，纳米氧化钛粉1～1.5％；该复合材料制备包括以下步骤：坯料制备；坯体成型；坯体干燥；坯体高温烧成。
该复合材料所用原料的粒径：钛酸铝粉<0.03mm，纳米氧化锆粉<100nm，纳米氧化钛粉<100nm。
该复合材料所用原料纯度的重量百分比含量为：钛酸铝粉中的Al2TiO5≥90％，纳米氧化锆粉中的ZrO2≥99％，纳米氧化钛粉TiO2≥99％。
该复合材料坯料制备方法是：将钛酸铝粉与纳米氧化锆粉、纳米氧化钛粉干混后，与足够量的酚醛树脂-乙醇稀释液混合形成料浆，对料浆搅拌10分钟后去除乙醇得到供成型的坯料。酚醛树脂-乙醇稀释液所用的是醇溶性的液态热固型酚醛树脂，该稀释液中酚醛树脂的质量浓度为1.5％。
该复合材料坯体成型方法是：采用液压压力成型、摩擦压力成型，坯体成型压强为100～150MPa；成型方法还包括：等静压成型、热压铸成型、注浆成型、辊压成型、真空挤压成型或凝胶注模成型。
该复合材料坯体干燥方法是；成型后坯体在110℃干燥2h。
该复合材料坯体烧成方法是：干燥后坯体经1500～1550℃保温时间2～3h烧成后得到钛酸铝-氧化锆-钛酸锆复合材料。该复合材料的烧结方法包括：常压烧结、热压烧结、真空烧结或氮气烧结。
本发明钛酸铝-氧化锆-钛酸锆复合材料配料组成确定的技术思路为：
在Al2O3-TiO2-ZrO2三元系统中，ZrO2-Al2TiO5-ZrTiO4子系统低共熔温度为1590℃，Al2TiO5-ZrTiO4-TiO2子系统的低共熔温度为1580℃，两个低共熔温度点的组成位置基本处于Al2TiO5含量为35％～50％的范围内，因此制备Al2TiO5-ZrO2-ZrTiO4复合材料的组成点应远离两个低共熔点位置，且在ZrO2-Al2TiO5-ZrTiO4三元相图的Al2TiO5与ZrO2的连线附近。
在Al2TiO5组成点到ZrTiO4组成点的组成线上，从Al2TiO5与ZrO2质量比为90∶10的组成点至Al2TiO5的范围内，处于液相线1800℃以上的高温区。故在以上比例范围内配料，可得到耐高温的Al2O3-TiO2-ZrO2复合材料。本发明制备钛酸铝-氧化锆-钛酸锆复合材料的配料组成确定为近Al2TiO5端的高温区域。
根据复相材料的复相韧化机理，以及利用纳米氧化锆颗粒高比表面能的活性烧结作用，在钛酸铝材料中引入纳米氧化锆，在复合材料烧成过程中，可防止钛酸铝晶粒的不均匀生长，获得纳米氧化锆结合钛酸铝的均匀细晶结构。在钛酸铝材料中引入1～1.5％的纳米氧化钛，可与纳米氧化锆高温反应形成约1.5～2.2％的产物新相钛酸锆，该新相钛酸锆与钛酸铝固溶并促进钛酸铝的烧结。
综上所述，本发明在钛酸铝材料中引入纳米氧化锆及纳米氧化钛，利用纳米氧化锆与纳米氧化钛的活性烧结作用、二者反应形成新相钛酸锆的促进烧结作用，制备出耐高温、高强度、高抗热震的纳米氧化锆结合钛酸铝复合材料，该复合材料有望应用于钢铁冶金浇钢系统，成为钢铁冶金连铸定径水口的的更新材料，并可应用推广有色冶金、玻璃、汽车尾气净化器、航天、军工等领域。
具体实施方式
实施例1
复合材料坯料的重量百分比为：<0.03mm的钛酸铝粉94.5％，<100nm的纳米氧化锆粉4.5％，<100nm的纳米氧化钛粉1％，坯料制备是将钛酸铝粉与纳米氧化锆粉、纳米氧化钛粉干混后，与足够量的乙醇-酚醛树脂稀释液混合形成料浆，对料浆搅拌10分钟后去除乙醇得到供成型的坯料；坯体成型压强为100MPa；坯体在110℃干燥2h；干燥后坯体经1500保温时间2h烧成后得到钛酸铝-氧化锆-钛酸锆复合材料。
烧后钛酸铝-氧化锆-钛酸锆复合材料的气孔率为8.24％，抗折强度为58.2MPa，热膨胀系数α为0.86×10-6/℃(室温～1000℃)，热震断裂次数为35次(1100℃～室温水冷)。
实施例2
复合材料坯料的重量百分比为：<0.03mm的钛酸铝粉93％，<100nm的纳米氧化锆粉6％，<100nm的纳米氧化钛粉1％，坯料制备是将钛酸铝粉与纳米氧化锆粉、纳米氧化钛粉干混后，与足够量的乙醇-酚醛树脂稀释液混合形成料浆，对料浆搅拌10分钟后去除乙醇得到供成型的坯料；坯体成型压强为100MPa；坯体在110℃干燥2h；干燥后坯体经1500保温时间2h烧成后得到钛酸铝-氧化锆-钛酸锆复合材料。
烧后钛酸铝-氧化锆-钛酸锆复合材料的气孔率为7.41％，抗折强度为67.4MPa，热膨胀系数α为1.05×10-6/℃(室温～1000℃)，热震断裂次数为34次(1100℃～室温水冷)。
钛酸铝粉91～94.5％，纳米氧化锆粉4.5～8％，纳米氧化钛粉1～1.5％；
实施例3
复合材料坯料的重量百分比为：<0.03mm的钛酸铝粉91％，<100nm的纳米氧化锆粉7.5％，<100nm的纳米氧化钛粉1.5％，坯料制备是将钛酸铝粉与纳米氧化锆粉、纳米氧化钛粉干混后，与足够量的乙醇-酚醛树脂稀释液混合形成料浆，对料浆搅拌10分钟后去除乙醇得到供成型的坯料；坯体成型压强为100MPa；坯体在110℃干燥2h；干燥后坯体经1500保温时间2h烧成后得到钛酸铝-氧化锆-钛酸锆复合材料。
烧后钛酸铝-氧化锆-钛酸锆复合材料的气孔率为5.11％，抗折强度为77.2MPa，热膨胀系数α为1.32×10-6/℃(室温～1000℃)，热震断裂次数为31次(1100℃～室温水冷)。

Claims (8)

1、一种钛酸铝-氧化锆-钛酸锆复合材料及其制备方法，其特征在于该复合材料所用原料以及原料的重量百分比为：钛酸铝粉91～94.5％，纳米氧化锆粉4.5～8％，纳米氧化钛粉1～1.5％。该复合材料制备包括以下步骤：坯料制备；坯体成型；坯体干燥；坯体高温烧成。
2、如权利要求1所述的钛酸铝-氧化锆-钛酸锆复合材料及其制备方法，其特征在于所用原料的粒径为：钛酸铝粉<0.03mm，纳米氧化锆粉<100nm，纳米氧化钛粉<100nm。
3、如权利要求1所述的钛酸铝-氧化锆-钛酸锆复合材料及其制备方法，其特征在于所用原料纯度的重量百分比含量为：钛酸铝粉中的Al2TiO5≥90％，纳米氧化锆粉中的ZrO2≥99％，纳米氧化钛粉TiO2≥99％。
4、如权利要求1所述的钛酸铝-氧化锆-钛酸锆复合材料及其制备方法，其特征在于坯料制备方法是：将钛酸铝粉与纳米氧化锆粉、纳米氧化钛粉干混后，与足够量的酚醛树脂-乙醇稀释液混合形成料浆，对料浆搅拌10分钟后去除乙醇得到供成型的坯料。
5、如权利要求4所述的钛酸铝-氧化锆-钛酸锆复合材料及其制备方法，其特征在于酚醛树脂-乙醇稀释液所用的是醇溶性的液态热固型酚醛树脂，该稀释液中酚醛树脂的质量浓度为1.5％。
6、如权利要求1所述的钛酸铝-氧化锆-钛酸锆复合材料及其制备方法，其特征在于坯体成型方法是：采用液压压力成型、摩擦压力成型，坯体成型压强为100～150MPa；成型方法还包括：等静压成型、热压铸成型、注浆成型、辊压成型、真空挤压成型或凝胶注模成型。
7、如权利要求1所述的钛酸铝-氧化锆-钛酸锆复合材料及其制备方法，其特征在于坯体干燥方法是：成型后坯体在110℃干燥2h。
8、如权利要求1所述的钛酸铝-氧化锆-钛酸锆复合材料及其制备方法，其特征在于坯体烧成方法是：干燥后坯体经1500～1550℃保温2～3h烧成后得到钛酸铝-氧化锆-钛酸锆复合材料；该复合材料的烧成方法包括：常压烧成、热压烧成、真空烧成或氮气烧成。
CN2008101820375A 2008-11-26 2008-11-26 一种钛酸铝-氧化锆-钛酸锆复合材料及其制备方法 Expired - Fee Related CN101423390B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2008101820375A CN101423390B (zh) 2008-11-26 2008-11-26 一种钛酸铝-氧化锆-钛酸锆复合材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2008101820375A CN101423390B (zh) 2008-11-26 2008-11-26 一种钛酸铝-氧化锆-钛酸锆复合材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101423390A true CN101423390A (zh) 2009-05-06
CN101423390B CN101423390B (zh) 2012-06-27

Family

ID=40614301

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2008101820375A Expired - Fee Related CN101423390B (zh) 2008-11-26 2008-11-26 一种钛酸铝-氧化锆-钛酸锆复合材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101423390B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102898150A (zh) * 2011-07-29 2013-01-30 宝山钢铁股份有限公司 一种钛酸铝—氧化锆复合滑板及其制备方法
CN116496074A (zh) * 2023-03-20 2023-07-28 河南瑞泰耐火材料科技有限公司 一种镁铝钛锆砖及其制备方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100486121B1 (ko) * 2002-05-21 2005-04-29 (주) 세라컴 열팽창이 낮은 알루미늄 티타네이트- 지르코늄 티타네이트 세라믹 제조방법
CN1309875C (zh) * 2004-07-30 2007-04-11 哈尔滨工业大学 钛合金表面氧化锆涂层制备方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102898150A (zh) * 2011-07-29 2013-01-30 宝山钢铁股份有限公司 一种钛酸铝—氧化锆复合滑板及其制备方法
CN102898150B (zh) * 2011-07-29 2014-03-19 宝山钢铁股份有限公司 一种钛酸铝—氧化锆复合滑板及其制备方法
CN116496074A (zh) * 2023-03-20 2023-07-28 河南瑞泰耐火材料科技有限公司 一种镁铝钛锆砖及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN101423390B (zh) 2012-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3096814B1 (ja) チタン酸アルミニウム焼結体の製造方法
CN102584293B (zh) 一种镁锆碳质滑动水口的制备方法
CN100431738C (zh) 钛及钛合金熔模精密铸造用氮化硼复合涂料
CN102617171A (zh) 一种MgAlON结合铝镁质透气砖及其制备方法
CN104926325A (zh) 一种钢包包底浇注料及其制备方法
CN103261105A (zh) 具有高含量氧化锆的耐火制品
CN115650742A (zh) 一种含金属Al原位复合含碳耐火材料的制备方法
CN108137412B (zh) 氧化锆-尖晶石熔融颗粒和由所述颗粒获得的耐火产品
CN102285803A (zh) 一种电熔锆刚玉耐火砖的生产方法
CN101851104B (zh) 一种连铸水口用氧化锆陶瓷复合材料及其制备方法
CN102335730B (zh) 无硅浸入式水口及其制造方法
CN101423390B (zh) 一种钛酸铝-氧化锆-钛酸锆复合材料及其制备方法
CN102807380B (zh) 一种镁碳浇注料及其制备方法
CN101486572A (zh) 一种ZrO2-Al2TiO5复合材料的制备方法
CN108484161B (zh) 一种钛酸铝复合材料及其制备方法
CN100450971C (zh) 一种Al－AlN－ZrO2陶瓷材料的制备方法
CN114538921B (zh) 一种玻璃相结合的大尺寸氧化锆致密烧结制品
CN101423389B (zh) 一种纳米氧化锆结合钛酸铝复合材料的制备方法
CN105254318A (zh) 一种镁铁铝尖晶石喷煤管预制件
CN102531641A (zh) 烧结致密氧化铝耐火制品
CN103787654A (zh) 氮化铝-氧化锆反应烧结制备ZrN-Al2O3-ZrO2复相材料的方法
CN108863408A (zh) 一种ZrN-SiAlON-SiC-C复相耐火材料的制备方法
CN106396699A (zh) 一种添加ZrN‑SiAlON的抗铝液渗透浇注料及其制备方法
CN102557690A (zh) 刚玉斜锆石共析体复合定径水口内层的制备方法
CN105669220A (zh) 一种澳斯麦特炉内衬用再生铝铬砖及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120627

Termination date: 20131126