CN101456729A - 高强度钛酸铝陶瓷的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于一种高强度钛酸铝陶瓷的制备方法。制备步骤为：(1)配料；(2)球磨；(3)烘干；(4)造粒；(5)半干压成型；(6)测量、烧成；(7)测试。本发明通过添加合适的添加剂来促进烧结，极大地改善了钛酸铝的烧结性能，抑制钛酸铝分解，使其具有了抗热震性和抗热冲击性能优越等特性，因此使钛酸铝陶瓷得到实际应用，使其能够被广泛应用到工业生产中。

Description

高强度钛酸铝陶瓷的制备方法
技术领域
本发明属于钛酸铝陶瓷领域，尤其是一种高强度钛酸铝陶瓷的制备方法。
背景技术
随着工业的发展，对耐高温、抗热震优良的材料需求越来越迫切。抗热震性主要取决于材料的热膨胀系数、机械性能、杨氏模量和导热性。因为热膨胀系数接近于零的材料在温度变化时，其内部产生的热应力最小。
钛酸铝陶瓷作为一种新型的陶瓷材料，具有接近于零的热膨胀系数、低的导热系数、高熔点、抗热震性和抗热冲击性能优越等特性，是目前低膨胀材料中耐高温性能最好的一种。但钛酸铝材料有两大致命的弱点：一是钛酸铝热膨胀的各向异性造成材料内部出现大量的微裂纹，使其强度降低。二是在750℃-1280℃的温度范围内，钛酸铝易分解成氧化铝和二氧化钛，造成材料内部应力集中，使材料的热膨胀率升高。
钛酸铝的合成工艺对钛酸铝的性能也有很大的影响。因此，国内外对其合成工艺进行了大量的研究。有人曾用同一配方组成以一步烧结法和预先在1350℃预合成钛酸铝后，再制粉、成型、烧结，结果采用预烧工艺达到近似性能时可降低烧结温度50-80℃。当在相同温度下烧结时，强度提高20-60％，体积密度增加20-30％，膨胀系数减少20％左右，相当于外加适量添加剂的水平。由此可见，采用预烧工艺也是提高钛酸铝性能的有效方法之一，但其工艺复杂，材料成本高，不适宜推广应用。并且钛酸铝的反应过程中必须注意以下问题：即反应过程中的体积效应(膨胀约为10％)和微裂纹的出现，这使得钛酸铝不易烧结。在钛酸铝的研究开始阶段，采用氧化铝和二氧化钛直接烧结方法。这种烧结常常因体积效应过大，产生的应力使样品开裂。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以有效提高材料的机械强度，抑制钛酸铝分解，不会使其恶化热膨胀，并且使其具有优良的耐高温、抗热震性能的高强度钛酸铝陶瓷的制备方法。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种高强度钛酸铝陶瓷的制备方法，其特征在于：制备步骤为：
(1)将Al2O3、TiO2、SiO2和MgO进行配料；
(2)将混合料湿磨10～14h；
(3)将料浆取出用水洗净并将其放入烘箱中恒温128℃烘干至恒重；
(4)将烘干的料在研钵中磨细，进行造粒，然后将粉料过四十目筛；
(5)将筛下物置于金属模具中，用压片机将其压制成片，压力为7～9Mpa；
(6)用游标卡尺测试样的直径和厚度，将压好的试件放于匣钵内，铺好垫粉进行烧成，烧成温度为1450℃～1500℃；
(7)烧成结束后，使其自然冷却，然后取出再次测其直径和厚度并测试其它性能。
而且，所述的Al2O3、TiO2、SiO2和MgO的重量百分比分别为：Al2O3：35～39，TiO2：18～28，SiO2：35～40，MgO：2～3。
而且，所述的混合料湿磨时，料、球、水的重量比为1：2：1，且仪器电压为120V。
而且，所述的垫粉为经高温煅烧过的氧化铝粉。
本发明的优点和有益效果为：
1.MgO的加入可以和TiO2反应生成MgTi2O5，它的晶体结构和钛酸铝相同，所以可以形成固溶体。适量的MgO不但可以部分或全部控制钛酸铝瓷体的热分解，而且可以提高瓷体的力学性能，对瓷体其它优异的热性能影响不大。
2.本发明通过往钛酸铝内添加SiO2，液相的生成可促使瓷体烧结致密化，使其机械强度提高，还有一部分固溶到钛酸铝晶体中形成固溶体。
3.本发明通过添加合适的添加剂来促进烧结，极大地改善了钛酸铝的烧结性能，抑制钛酸铝分解，使其具有了抗热震性和抗热冲击性能优越等特性，因此使钛酸铝陶瓷得到实际应用，使其能够被广泛应用到工业生产中。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
实施例1：
一种高强度钛酸铝陶瓷的制备方法步骤为：
(1)将Al2O3、TiO2、SiO2和MgO进行配料，Al2O3、TiO2、SiO2和MgO的重量百分比分别为：35、28、35、2；
(2)将混合料湿磨10h，料、球、水的重量比为1：2：1，且仪器电压为120V；
(3)将料浆取出用水洗净并将其放入烘箱中恒温128℃烘干至恒重；
(4)将烘干的料在研钵中磨细，进行造粒(由于该料中含有高岭土，含水量较大，所以在造粒时可不加黏合剂)，然后将粉料过四十目筛；
(5)将筛下物置于金属模具中，用压片机将其压制成片，压力为7Mpa；
(6)用游标卡尺测试样的直径和厚度，将压好的试件放于匣钵内，铺好垫粉进行烧成，该垫粉为经高温煅烧过的氧化铝粉，烧成温度为1450℃；
(7)烧成结束后，使其自然冷却，然后取出再次测其直径和厚度并测试其它性能。
实施例2：
一种高强度钛酸铝陶瓷的制备方法步骤为：
(1)将Al2O3、TiO2、SiO2和MgO进行配料，Al2O3、TiO2、SiO2和MgO的重量百分比分别为：39、18、40、3；
(2)将混合料湿磨14h，料、球、水的重量比为1：2：1，且仪器电压为120V；
(3)将料浆取出用水洗净并将其放入烘箱中恒温128℃烘干至恒重；
(4)将烘干的料在研钵中磨细，进行造粒，然后将粉料过四十目筛；
(5)将筛下物置于金属模具中，用压片机将其压制成片，压力为9Mpa；
(6)用游标卡尺测试样的直径和厚度，将压好的试件放于匣钵内，铺好垫粉进行烧成，该垫粉为经高温煅烧过的氧化铝粉，烧成温度为1480℃；
(7)烧成结束后，使其自然冷却，然后取出再次测其直径和厚度并测试其它性能。
实施例3：
一种高强度钛酸铝陶瓷的制备方法步骤为：
(1)将Al2O3、TiO2、SiO2和MgO进行配料，Al2O3、TiO2、SiO2和MgO的重量百分比分别为：36.6、25.1、36、2.3；
(2)将混合料湿磨12h，料、球、水的重量比为1：2：1，且仪器电压为120V；
(3)将料浆取出用水洗净并将其放入烘箱中恒温128℃烘干至恒重；
(4)将烘干的料在研钵中磨细，进行造粒，然后将粉料过四十目筛；
(5)将筛下物置于金属模具中，用压片机将其压制成片，压力为8Mpa；
(6)用游标卡尺测试样的直径和厚度，将压好的试件放于匣钵内，铺好垫粉进行烧成，该垫粉为经高温煅烧过的氧化铝粉，烧成温度为1500℃；
(7)烧成结束后，使其自然冷却，然后取出再次测其直径和厚度并测试其它性能。

Claims (4)

1.一种高强度钛酸铝陶瓷的制备方法，其特征在于：制备步骤为：
(1)将Al2O3、TiO2、SiO2和MgO进行配料；
(2)将混合料湿磨10～14h；
(3)将料浆取出用水洗净并将其放入烘箱中恒温128℃烘干至恒重；
(4)将烘干的料在研钵中磨细，进行造粒，然后将粉料过四十目筛；
(5)将筛下物置于金属模具中，用压片机将其压制成片，压力为7～9Mpa；
(6)用游标卡尺测试样的直径和厚度，将压好的试件放于匣钵内，铺好垫粉进行烧成，烧成温度为1450℃～1500℃；
(7)烧成结束后，使其自然冷却，然后取出再次测其直径和厚度并测试其它性能。
2.根据权利要求1所述的高强度钛酸铝陶瓷的制备方法，其特征在于：所述的Al2O3、TiO2、SiO2和MgO的重量百分比分别为：Al2O3：35～39，TiO2：18～28，SiO2：35～40，MgO：2～3。
3.根据权利要求1所述的高强度钛酸铝陶瓷的制备方法，其特征在于：所述的混合料湿磨时，料、球、水的重量比为1：2：1，且仪器电压为120V。
4.根据权利要求1所述的高强度钛酸铝陶瓷的制备方法，其特征在于：所述的垫粉为经高温煅烧过的氧化铝粉。
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