DE4031948A1

DE4031948A1 - Verfahren zur herstellung von aluminiumtitanat

Info

Publication number: DE4031948A1
Application number: DE19904031948
Authority: DE
Inventors: Neil Dr Brown; Reinhard Feige
Original assignee: Vereinigte Aluminium Werke AG
Current assignee: Vereinigte Aluminium Werke AG
Priority date: 1990-10-09
Filing date: 1990-10-09
Publication date: 1992-04-16

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aluminiumtitanat.

Aluminiumtitanat (Al₂TiO₅) wird aufgrund seines hohen Schmelz punktes, seiner geringen thermischen Ausdehnung und der guten thermischen Schockbeständigkeit für Hochtemperaturkeramiken ver wendet. Darüber hinaus ist das gesinterte Aluminiumtitanat leicht maschinell zu bearbeiten, wodurch es zu einem bedeutenden Stoff zur Verwendung als Isoliermaterial in Verbrennungsmotoren, wie beispielsweise im kraftfahrtechnischen Bereich, wird; vgl. z. B. "Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten von Aluminium titanat", P. Stingl (Hoechst Ceram Tec), in Proceedings Tech keram 1987, Frankfurt am Main, S. 11.01-11.06.

Aluminiumtitanatkeramik ist polykristallin und besteht aus Kör nern, die einen hohen Grad an thermischer Anisotropie aufweisen. Durch Abkühlen von hohen Temperaturen entstehen Spannungen ent lang der Korngrenzen, was zur Bildung von Mikrorissen und ge ringer thermischer Ausdehnung führt. Die Mikrorißbildung ver ringert die mechanische Festigkeit, wenn die Aluminiumtitanat körner im gesinterten Körper nicht eine kritische Größe von min destens 3-4 µm erreichen und eine maximale Korngröße von etwa 10 µm nicht überschritten wird. In diesem Korngrößenbereich ist eine geringe thermische Ausdehnung mit einem minimalen Verlust an mechanischer Festigkeit gewährleistet; vgl., z. B., "Cor relation Between Grain Size and Thermal Expansion for Aluminium Titanate Materials", F. J. Parker und R. W. Rice. Communications of the American Ceramic Society, Bd. 72, Nr. 12, S. 2364-2366 (1989).

Das Ausgangspulver ist eines der kritischsten Faktoren bei der Herstellung von Stukturkeramiken, die auf Aluminiumtitanat ba sieren. Es muß sehr rein und homogen sein und eine kleine Par tikelgröße aufweisen.

Aluminiumtitanat wird normalerweise aus einer stöchiometrischen Mischung von Aluminiumoxid- und Titanoxidpulver durch übliche Keramikherstellungverfahren wie z. B. Co-Mahlen mit anschlie ßendem mechanischen oder isostatischen Pressen und Reaktions sintern bei Temperaturen < 1300°C hergestellt.

Derartige Herstellungsverfahren unterliegen jedoch einer Reihe von Nachteilen und sind in ihrem Leistungsvermögen einge schränkt. Dem aus zwei Phasen bestehenden Pulver kann es bei spielsweise an Homogenität und Gleichförmigkeit auf mikrosko pischer Ebene fehlen, was zu einer mangelnden Verdichtung des gesinterten Körpers führt.

Durch chemische Verfahren, die die Co-Hydrolyse von Aluminium- und Titanalkoxiden oder die Hydrolyse von Titanalkoxiden in Ge genwart von feinen Aluminiumoxidimpferpartikeln umfassen, können sehr feine Pulver hergestellt werden, die auf mikroskopischer Ebene homogen sind. Werden solche Pulver bei Temperaturen von < 1300°C gesinterten, so ergeben sich Aluminiumtitanatkörper mit hoher Sinterdichte; vgl. z. B. "Preparation and Sintering of Narrow-Sized Al₂O₃-TiO₂ Composite Powders", H. Okamura, E. A. Barringer und H. Kent Bowen. J. of Materials Science 24 (1989) , S. 1867-1880.

Dieses Verfahren erfordert die Verwendung und das Handling von möglicherweise gefährlichen organischen Stoffen. Gleichzeitig sind die Kosten für die Ausgangsstoffe so hoch, daß ein auf diese Weise hergestelltes Aluminiumtitanat keine industrielle Bedeutung erlangen kann.

Weiterhin ist es bekannt, reaktive Titan- und Aluminiumoxide, die im mikroskopischen Bereich eine homogene Vermischung auf weisen, herzustellen durch direktes Eindampfen einer wäßrigen Lösung von Aluminiumsulfat und Titanylsulfat mit anschließender Zersetzung der getrockneten Sulfate in die reaktiven Oxide (Anatas und γ-Aluminiumoxid) durch Kalzinieren bei einer Tempe ratur von etwa 800°C. Hochverdichtetes Aluminiumtitanat ent steht durch Sintern bei Temperaturen oberhalb von 1300°C. Die Dichte der erzeugten Sinterkörper ist höher als diejenige, die mit den vorgenannten Verfahren erreicht werden kann. Allerdings ist hierbei die Zugabe von Hilfsstoffen, wie z. B. SiO₂ oder MgO, notwendig, um ein Aluminiumtitanat mit geringer Korngröße und entsprechend niedrigen thermischen Ausdehnungswerten zu er zielen; vgl. z. B. "Fabrication of Al₂TiO₅ Ceramics: 1. Syn thesis of Al₂TiO₅ from Mixed Sulfate of Al and Ti", E. Kato, K. Daimon, J. Takahashi, R. Kato und K. Hamano. Report of the Re search Laboratory of Engineering Materials, Tokyo Institute of Technology, Nr. 9, S. 75-86 (1984).

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Aluminiumtitanat zu entwickeln, bei dem die ge nannten Nachteile der bekannten Verfahren vermieden werden. Das neue Verfahren soll es erlauben, aus preiswerten Ausgangsstoffen in einer Zwischenstufe eine feinkristalline Pulvermischung aus sehr homogen verteilten, reaktiven Aluminium- und Titanoxiden zu erzeugen. Dadurch soll die Weiterverarbeitung zu einem reinen, hochverdichteten Aluminiumtitanat mit geringer thermischer Aus dehnung und hohen Festigkeitseigenschaften auf einfache und kostengünstige Weise möglich werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruches. Vorteilhafte Ausgestal tungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden eine wäßrige saure titanhaltige Lösung und eine wäßrige alkalische Aluminatlösung miteinander vermischt. Der pH-Wert der Mischlösung wird dabei in einem Bereich zwischen 4 und 8 gehalten. In diesem pH-Bereich fallen Aluminiumoxid und Titanoxid gemeinsam in hydratisierter Form aus der Lösung aus. Die ausgefällten Feststoffe werden von der Lösung abgetrennt und anschließend gewaschen. Das so erhal tene Fällprodukt weist eine sehr homogene Verteilung von Titan und Aluminium auf. In der nachfolgenden Verfahrensstufe wird das Fällprodukt kalziniert bei einer Temperatur zwischen 400 und 1200°C. Dabei werden die hydratisierten Oxide in die wasser freien, kristallinen Oxide TiO₂ bzw. Al₂O₃ überführt. Das Pro dukt ist eine homogene, pulverförmige Mischung dieser Oxide mit feinen Primärkristallen, die zu größeren Partikeln agglomeriert sind. Um eine ausreichend hohe Vorverdichtung beim anschließen den Pressen der Oxidmischung zu gewährleisten, ist eine Deagglo meration der Partikel notwendig. Nach dem vorgeschlagenen Ver fahren genügt hierzu eine lediglich partielle Deagglomeration. Nach diesem Mahlvorgang wird die Oxidpulvermischung zu einem grünen Formkörper mit einer relativen Dichte von mindestens 40% verpreßt. Anschließend erfolgt eine Reaktionssinterung des grü nen Formkörpers bei einer Temperatur oberhalb von 1300°C. Dabei reagieren die Oxide miteinander unter Bildung von Aluminiumti tanat. Es wird ein hochverdichtetes Aluminumtitanat erzeugt, das eine hohe Reinheit aufweist und praktisch frei ist von unrea giertem Titan- bzw. Aluminiumoxid. Die Korngröße im erhaltenen Produkt liegt zwischen 4 und 10 µm, so daß das Produkt neben einer geringen thermischen Ausdehnung auch die gewünschte hohe mechanische Festigkeit aufweist.

Die Ausgangslösungen für das erfindungsgemäße Verfahren können mit Hilfe kostengünstiger handelsüblicher Chemikalien herge stellt werden. Als titanhaltige Lösungen eignen sich z. B. Lö sungen von TiCl₄, Ti(SO₄)₂ oder TiOSO₄ in Wasser. Der Einsatz von Chloridlösungen ist hier vorteilhaft, da sich Chloride aus dem Fällprodukt sowohl leichter auswaschen lassen, als auch bei einer niedrigeren Kalziniertemperatur entfernt werden, als dies bei entsprechenden Sulfaten der Fall ist. Die Aluminatlösung kann sehr einfach z. B. durch Auflösen von Al(OH)₃ in wäßrigen Lösungen aus NaOH, LiOH oder KOH hergestellt werden, wobei sich die entsprechenden Aluminate NaAlO₂, LiAlO₂ oder KAlO₂ bilden. Zum Ansetzen der Lösungen wird vorzugsweise deionisiertes Wasser verwendet, um das Einbringen von Verunreinigungen zu vermeiden.

Um ein möglichst homogenes Fällprodukt zu erhalten sollten die Ausgangslösungen intensiv miteinander vermischt werden. Dies kann entweder direkt erfolgen oder z. B. durch gemeinsames Ein leiten der beiden Lösungen in eine Vorlage mit stark gerührtem Wasser. Auch hier ist es zweckmäßig, deionisiertes Wasser zu verwenden, um Verunreinigungen zu vermeiden.

Die Einhaltung des vorgegebenen pH-Bereiches von 4 bis 8 in der Mischlösung ist unabdingbar, um eine gleichzeitige und möglichst vollständige Ausfällung der hydratisierten Oxide in homogen verteilter Form zu gewährleisten. Wenn dieser Bereich unter schritten wird, fällt das Titanhydroxid nur unvollständig aus. Bei Überschreitung des genannten Bereiches gilt dies für das Aluminiumhydroxid. Die besten Ergebnisse werden in einem pH- Bereich von 5 bis 7 erhalten. Die Einstellung des erforderlichen pH-Wertes kann z. B. durch Zugabe von Säuren bzw. Laugen in Ab hängigkeit vom aktuellen pH-Wert der Lösung erfolgen.

Die Zusammensetzung der Lösungen und/oder das Verhältnis der eingesetzten Lösungsmengen wird so gewählt, daß im Fällprodukt ein nahezu stöchiometrisches Verhältnis zwischen Al und Ti vor liegt, bezogen auf die spätere Umsetzung zu Al₂TiO₅.

Die Fällungsreaktion kann grundsätzlich in einem weiten Tempe raturbereich durchgeführt werden. Allerdings ist bei Tempera turen unter 20°C eine aufwendige Kühlung des Systems notwendig. Bei Temperaturen oberhalb von 100°C kann der Siedepunkt der Lösungen erreicht werden. Bei derart hohen Temperaturen wird dem System unnötig Energie zugeführt, ohne eine Optimierung des Ver fahrens zu erzielen.

Der ausgefällte Feststoff kann sehr leicht durch Filtration, Sedimentation oder Zentrifugieren von der Lösung abgetrennt werden. Das Fällprodukt wird anschließend gewaschen, um Chlorid- bzw. Sulfatbestandteile der anhaftenden Lösung auszuwaschen. Hierzu sollte wiederum deionisiertes Wasser verwendet werden, um Verunreinigungen zu vermeiden.

Bei der anschließenden Kalzination werden die hydratisierten Oxide in die entsprechenden weitgehend wasserfreien, kri stallinen Oxide überführt. Diese Oxide sollen möglichst reaktiv sein, um bei der späteren Reaktionssinterung eine schnelle Re aktion zu Al₂TiO₅ zu erhalten. Die reaktiven Oxidformen sind Anatas und γ-Al₂O₃. Grundsätzlich kann die Kalzination in einem Temperaturbereich zwischen 400 und 1200°C durchgeführt werden. Unterhalb von 400°C ist eine vollständige Umsetzung der hydra tisierten Oxide in die weitgehend wasserfreien Oxide nicht ge währleistet. Oberhalb von 1200°C setzt bereits eine Teilreak tion der Oxide zu Al₂TiO₅ und eine teilweise Versinterung ein. Die Herstellung eines hochverdichteten einphasigen Aluminiumti tanats ist dann nicht mehr möglich. Der für die Kalzination be vorzugt anzuwendende Temperaturbereich liegt zwischen 700 und 900°C. Dabei ist zu berücksichtigen, daß oberhalb von 800°C bereits verstärkt die Umwandlung von Anatas in Rutil und von γ-Al₂O₃ in α-Al₂O₃ einsetzt. Diese weniger reaktiven Oxidformen bewirken eine deutliche Verzögerung der Al₂TiO₅-Bildung und können dadurch zu unerwünschten Gehalten an unreagierten Oxiden bzw. zu einem inhomogenen Produkt führen.

Anhaftende Sulfatreste können nur bei Temperaturen 800°C weit gehend vollständig entfernt werden. Bei der Anwendung von Sul fatlösungen sollte daher eine Kalziniertemperatur zwischen 800 und 900°C eingestellt werden. Beim Einsatz von Chloridlösungen ist eine Kalziniertemperatur zwischen 700 und 800°C zweckmäßig, um die genannten Nachteile zu vermeiden.

Nach der Kalzination liegen die Oxide in Form sehr feiner Pri märkristalle vor, die zu größeren Partikeln agglomeriert sind. Im nachfolgenden Vorverdichtungsschritt muß eine möglichst hohe Dichte des grünen Formkörpers erzeugt werden, um bei der ab schließenden Reaktionssinterung ein hochverdichtetes Alumini umtitanatprodukt zu erhalten. Daher ist eine Deagglomeration der Partikel vor dem Vorverdichtungsschritt notwendig. Es hat sich jedoch überraschenderweise gezeigt, daß bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine lediglich partielle Deagglo meration der Partikel genügt, um eine ausreichend hohe Dichte des grünen Formkörpers zu erreichen. Als Aggregate für die par tielle Deagglomeration eignen sich z. B. Kugel-, Walzen-, Schwing- oder Luftstrahlmühlen. Nach dem Mahlvorgang sollte der mittlere Partikeldurchmesser vorzugsweise im Bereich unter 10 µm liegen.

In der anschließenden Verdichtungsstufe wird die partiell zer kleinerte Oxidpulvermischung zu einem grünen Formkörper ver preßt. Die relative Dichte des grünen Formkörpers muß dabei min destens 40% betragen. Vorzugsweise sollte sie oberhalb von 50% liegen. Durch die hohe Dichte wird ein ausreichender Partikel kontakt gewährleistet, wodurch eine schnelle, vollständige Re aktion der TiO₂- und Al₂O₃-Partikel zu Al₂TiO₅ bei der Reak tionssinterung möglich wird.

Bei der abschließenden Reaktionssinterung erfolgt die Umwandlung der Oxide in Al₂TiO₅ unter Verdichtung des Gefüges bei Tempe raturen oberhalb von 1300°C. Wird der grüne Formkörper zu lang sam auf die Reaktionstemperatur aufgeheizt, können intermediär die weniger reaktiven Oxide (Rutil und α-Al₂O₃) mit den bereits erwähnten Nachteilen gebildet werden. Die Aufheizgeschwindigkeit sollte in dieser Verfahrensstufe daher mindestens 10°C/min, vorzugsweise mindestens 15°C/min, betragen.

Auf diese Weise gelingt es, ein hochwertiges Aluminiumtitanat mit den gewünschten Eigenschaften zu erzeugen. Das vorgeschla gene Verfahren ist kostengünstig und einfach in der Durch führung. Es sind weder aufwendige Eindampfungsschritte notwen dig, noch erfordert das Verfahren den Einsatz von zusätzlichen Hilfsstoffen.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Ausführungsbeispiel

Als Ausgangslösungen wurden eine wäßrige saure TiCl₄-Lösung und eine wäßrige alkalische Natriumaluminatlösung verwendet. Die Lösungen wurden aus den handelsüblichen Chemikalien TiCl_4, Al(OH)₃ und NaOH hergestellt. Zur Herstellung der TiCl₄-Lösung mit einem Gehalt von 129 g/l TiCl₄ wurde flüssiges TiCl₄ langsam in deionisiertes Wasser eingeleitet. Dabei entstand eine weiße, trübe Lösung, die nach 24-stündigem Abstehen bei 4°C klar wur de. Die Natriumaluminatlösung mit 130 g/l Na₂O und 68,4 g/l Al₂O₃ wurde durch Auflösung von Al(OH)₃ in einer verdünnten NaOH-Lösung hergestellt.

In einem 2 l Becherglas mit 300 ml deionisiertem Wasser wurde mit Hilfe eines Magnetrührers ein Wirbeltrichter erzeugt. Je weils 500 ml der beiden vorbereiteten Lösungen wurden gleich zeitig und langsam in das Wasser eingeleitet, und zwar in den unmittelbaren Bereich des Wirbeltrichters. Der pH-Wert der ent stehenden Mischlösung wurde überwacht und durch Zugabe von 3 N HCl (100 ml Gesamtmenge) in einem Bereich zwischen 5 und 7 gehalten. Unter diesen Bedingungen fallen Titanoxid und Alu miniumoxid in hydratisierter Form gemeinsam aus der Lösung aus. Nach Beendigung der Fällungsreaktion wurden die Feststoffe ab filtriert und mit 4 l deionisiertem Wasser gewaschen. Das so erhaltene Fällprodukt wurde bei 110°C getrocknet und an schließend analysiert. Tabelle 1 zeigt die Analysewerte des Fällproduktes.

Analyse des Fällproduktes

Gewicht %
TiO₂
26,7
Al₂O₃	32,3
SiO₂	0,190
Fe₂O₃	<0,005
Na₂O	0,035
Cl⁻	3,32
Glühverlust (1100°C/1 h)	40,6
Spezifische Oberfläche (m²/g)	19,5

Die spezifische Oberfläche des getrockneten Fällproduktes wurde anhand der Stickstoffadsorption gemessen (BET Einpunktverfahren; DIN 66 132).

Das getrocknete Fällprodukt wurde zudem mit dem Rasterelektro nenmikroskop (Fig. 1), der kominierten REM/EDX-Röntgenanalyse (Fig. 2) und der Röntgen-Diffraktion (Fig. 3) untersucht. Die Korngrößenverteilung ist in Fig. 4 dargestellt.

Die Primärkristallgröße liegt zwischen 0,05-0,10 µm, wobei die Kristalle in agglomerierten Strukturen mit einer durchschnitt lichen Partikelgröße von 37 µm vorliegen. Das Mischpulver ist trotzdem röntgenamorph (Fig. 3).

Das getrocknete Fällprodukt wurde dann in einem elektrischen Brennofen (Allio) bei einer Temperatur von 800°C 1 Stunde bei normaler Atmosphäre kalziniert. Tabelle 2 zeigt die Analyse des kalzinierten Fällproduktes.

Analyse des Fällproduktes nach einstündiger Kalzination bei 800°C

Gewicht %
TiO₂
42,2
Al₂O₃	51,6
SiO₂	0,26
Fe₂O₃	<0,005
Na₂O	0,041
Cl⁻	0,24
Glühverlust (1100°C/1 h)	5,0
Spezifische Oberfläche (m²/g)	65,9

Fig. 5 zeigt eine Rasterelektronenmiskroskopaufnahme des kalzi nierten Materials, Fig. 6 die EDX-Analyse und Fig. 7 die Rönt gen-Diffraktionsanalyse.

Das unmittelbare Fällprodukt ist zwar röntgenamorph (wie Fig. 3 zeigt), doch einstündiges Erhitzen bei 800°C führt zu einem kristallinen Pulver, in dem Anatas (mit etwas Rutil) die vorherrschende Titanoxidphase ist. Fig. 7 zeigt die parallele Entwicklung des offensichtlich weniger kristallinen und etwas porösen γ-Al₂O₃. Die Rasterelektronenmikroskopaufnahme deutet auf eine Zunahme in der Primärkristallgröße auf 0,1-0,2 µm als Ergebnis der einstündigen Kalzination bei 800°C hin.

Die EDX-Analyse bestätigte die Homogenität des kalzinierten Fällproduktes bezüglich der Verteilung von Titan- und Alumi niumoxid innerhalb der agglomerierten Partikel (Fig. 6).

Nach der Kalzination wurde die entstandene Oxidpulvermischung partiell deagglomeriert in einer Schwingmühle unter Verwendung von Aluminiumoxid-Mahlkörpern während einer Mahldauer von 30 Min. Fig. 8 zeigt die Korngrößenverteilung des gemahlenen Pulvers; die durchschnittliche Korngröße wurde auf 5,1 µm ver ringert.

Die gemahlene Pulvermischung wurde dann einachsig bei 200 N/mm² zu Formkörpern von ca. 20 mm Durchmesser, ca. 5 mm Dicke und ca. 5,0 g Gewicht gepreßt. Die so vorverdichteten Preßlinge wurden bei 110°C 24 Stunden luftgetrocknet. Aus dem Trockengewicht und den Formkörperabmessungen wurde eine Preßdichte von 2,13 g/cm³ ermittelt. Dies ergibt eine relative Dichte von ca. 58%, einen hohen Wert, wenn man den teilweise agglomerierten Zustand des Ausgangspulvers berücksichtigt.

Die grünen Formkörper wurden 4 Stunden bei 1400°C an der Luft in einem elektrisch beheizten Netzsch Ofen mit programmierbarer Temperatursteuerung reaktionsgesintert. Die Aufheizgeschwindig keit auf 1400°C betrug 17°C in der Minute. Die gesinterten Formkörper wurden in situ im Ofen abgekühlt.

Nach dem Sintern wurde die scheinbare Sinterdichte mit Hilfe des Archimedes-Verfahren gemessen und die offene Porosität berech net. Tabelle 3 gibt die Angaben für die grünen und die gesin terten Formkörper.

Eigenschaften der grünen und der gesinterten Formkörper
Preßdichte (g/cm³)
2,13
Nach Sinterung: @	Wasseradsorption (%)	2,00
Sinterdichte (g/cm³)	3,39
Offene Porosität (%)	6,80
Scheinbare Dichte (g/cm³)	3,64
relative Dichte (%)	92,4
Lineare relative Schwindung (%)	17

Die durch die Sinterung verursachte lineare relative Schwindung wurde mit 17% gemessen, bei 92,4% der theoretischen Dichte. Die Schwindung beruht auf den kombinierten Auswirkungen des Sin terns und der Phasenänderungen, die das aus zwei Phasen be stehende Pulver ( Al₂TiO₅ weist eine leicht niedrigere Dichte auf als eine entsprechende Mischung von α-Aluminiumoxid und Ru til) durchläuft.

Die Mikrostruktur der gesinterten Formkörper wurde mit Hilfe eines Rasterelektronenmikroskops (Fig. 9) untersucht, topo chemische Analysen wurden durch EDX (Fig. 10) erstellt und die kristallinen Phasen wurden durch die Röntgen-Diffraktion (Fig. 11) bestimmt.

Die Röntgen-Diffraktionsanalyse zeigt, daß das gesinterte Pro dukt ein aus einer Phase bestehendes Aluminiumtitanat ist, ohne Hinweis auf die Anwesenheit von unreagiertem Titan- oder Alumi niumoxid.

Die Rastereletronenmikroskopaufnahme (Fig. 9) zeigt die Gegen wart von kristallographischer Domänenbildung, wobei die Riße wahrscheinlich auf anisotrope thermische Schwindung zurückzu führen sind.

Die Kristallgröße im gesinterten Formkörper liegt zwischen 4 und 10 µm. Damit werden die Bedingungen für geringe thermische Ausdehnung und gute mechanische Festigkeit des erzeugten Alumi niumtitanats erfüllt.

Liste der Abbildungen

Fig. 1 Rasterelektronenmikroskopaufnahme (REM) des ge trockneten Fällproduktes

Fig. 2 EDX-Analyse (Energiedispersive Röntgenanalyse) des getrockneten Fällproduktes

Fig. 3 Röntgen-Diffraktionsanalyse des getrockneten Fäll produktes

Fig. 4 Korngrößenverteilung des getrockneten Fällproduktes

Fig. 5 Rasterelektronenmikroskopaufnahme der Oxidpulver mischung nach einstündigem Kalzinieren des Fällpro duktes bei 800°C

Fig. 6 EDX-Analyse der Oxidpulvermischung nach einstündigem Kalzinieren des Fällproduktes bei 800°C

Fig. 7 Röntgen-Diffraktionsanalyse der Oxidpulvermischung nach einstündigem Kalzinieren des Fällproduktes bei 800°C

Fig. 8 Korngrößenverteilung der Oxidpulvermischung nach ein stündigem Kalzinieren des Fällproduktes bei 800°C und anschließender partieller Deagglomeration

Fig. 9 Rasterelektronenmikroskopaufnahme des gesinterten Alu miniumtitanats

Fig. 10 EDX-Analyse des gesinterten Aluminiumtitanats

Fig. 11 Röntgen-Diffraktionsanalyse des gesinterten Alumi niumtitanats.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Aluminiumtitanat, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die folgenden Verfahrens schritte umfaßt:

a) Mischen einer wäßrigen sauren titanhaltigen Lösung mit einer wäßrigen alkalischen Aluminatlösung unter Ein stellung eines pH-Wertes der Mischlösung im Bereich zwischen 4 und 8, wobei gemeinsam hydratisiertes Ti tanoxid und hydratisiertes Aluminiumoxid als Fest stoffe gefällt werden;
b) Abtrennen und Waschen der gefällten Feststoffe;
c) Kalzinieren des Fällproduktes bei einer Temperatur zwischen 400 und 1200°C zu einer pulverförmigen Mischung aus den weitgehend wasserfreien Oxiden TiO₂ und Al₂O₃;
d) partielle Deagglomeration der Oxidmischung;
e) Vorverdichten der Oxidpulvermischung durch Pressen zu einem grünen Formkörper mit einer relativen Dichte von mindestens 40%;
f) Reaktionssintern des grünen Formkörpers bei einer Tem peratur oberhalb von 1300°C, wobei die Einzeloxide in Aluminiumtitanat überführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als titanhaltige Lösung eine wäßrige saure Lösung von TiCl₄, Ti(SO₄)₂ oder TiOSO₄ verwendet wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Aluminatlösung eine wäßrige alka lische Lösung von NaAlO₂, LiAlO₂ oder KAlO₂ eingesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die titanhaltige Lösung und die Alumi natlösung intensiv vermischt werden durch gleichzeitiges Einleiten der beiden Lösungen in eine Vorlage mit stark gerührtem Wasser, vorzugsweise deionisiertem Wasser, wobei der pH-Wert der entstehenden Mischlösung durch kontrollier te Zugabe einer Säure bzw. Lauge auf einen Wert zwischen 4 und 8 geregelt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert der Mischlösung auf einen Wert zwischen 5 und 7 geregelt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensstufe a) bei einer Tem peratur zwischen 20 und 100°C durchgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gefällten Feststoffe durch Sedimen tation, Filtration oder Zentrifugieren von der Mischlösung abgetrennt werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die abgetrennten Feststoffe mit de ionisiertem Wasser gewaschen werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kalzinieren des Fällproduktes gemäß Verfahrensschritt c) bei einer Temperatur zwischen 700 und 900°C durchgeführt wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die partielle Deagglomeration gemäß Verfahrensschritt d) in einer Kugelmühle, einer Walzen mühle, einer Schwingmühle oder einer Luftstrahlmühle durch geführt wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidpulvermischung im Verfahrens schritt e) auf eine relative Dichte von mindestens 50% vorverdichtet wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorverdichtung der Oxidpulver mischung bei einem Preßdruck von 200 N/mm² durchgeführt wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der grüne Formkörper im Verfahrens schritt f) mit einer Aufheizgeschwindigkeit von mindestens 10°C/min., vorzugsweise mindestens 15°C/min, auf eine Temperatur oberhalb von 1300°C aufgeheizt wird.