專利名稱：一種鈦酸鋁材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低熱膨脹、耐高溫的鈦酸鋁(Al2TiO5)材料的制備方法，屬于材料合成與加工陶瓷領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鈦酸鋁材料是集低膨脹系數(shù)和高熔點(diǎn)為一體的新型材料，是目前低膨脹材料中耐高溫性能最好的一種，此外，它還有導(dǎo)熱系數(shù)低、抗渣、耐蝕、耐堿和對多種金屬及玻璃的不浸潤性，可以廣泛應(yīng)用于抗熱震、耐高溫、耐磨損、抗腐蝕、抗堿等條件要求苛刻的環(huán)境，特 別是要求高抗熱震的場合。世界專利W02005/018776號公開了一種通過添加I 10質(zhì)量分?jǐn)?shù)的堿性長石、含Mg尖晶石型結(jié)構(gòu)的氧化物、或MgO或通過燒結(jié)轉(zhuǎn)化MgO的含Mg化合物的原料混合物進(jìn)行燒結(jié)而形成的鈦酸鋁燒結(jié)體。日本專利2005-519834號公開了通過調(diào)整在TiO2源粉末及Al2O3源粉末中添加劑的種類、組成及添加量，獲得在維持原有耐熱性和低膨脹系數(shù)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，其熱分解、低機(jī)械強(qiáng)度的問題得到改良的鈦酸鋁技術(shù)。以上專利都是通過不同方法改進(jìn)鈦酸鋁本身熱分解和機(jī)械強(qiáng)度低的性能，但是卻存在如下不足
(I)只是單一方面的改進(jìn)措施，效果并不明顯。(2)選擇添加劑方面，添加劑比較單一且不是最優(yōu)添加劑，添加劑過于復(fù)雜，這樣勢必會影響鈦酸鋁的低膨脹性。(3)添加劑比例沒有很好的控制在不影響鈦酸鋁優(yōu)異性能的范圍之內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提出一種鈦酸鋁的制備方法，包括在保持合適的TiO2源粉末及Al2O3源粉末粒徑的同時(shí)，加入摩爾分?jǐn)?shù)適量的Fe2O3和SiO2作為添加齊U。Fe2O3可以顯著抑制鈦酸鋁的熱分解，提高鈦酸鋁的穩(wěn)定性。這是由于加入Fe3+形成的Fe2TiO5和Al2TiO5同屬假板鈦礦化合物，可以形成連續(xù)固溶體Al2(1_x)Fe2xTi05，能夠較好地抑制鈦酸鋁的熱分解。并且不影響鈦酸鋁的熱膨脹性。添加SiO2F僅能提高鈦酸鋁的穩(wěn)定性抑制鈦酸鋁的熱分解，而且能夠提高其機(jī)械強(qiáng)度，但加入量過高，就會與鈦酸鋁分解，產(chǎn)生的Al2O3形成莫來石而使熱膨脹系數(shù)增大，因而要保持一定的比例范圍。特別的，采用兩者復(fù)合能夠起到更好的效果，因而能夠更好的減少裂紋、提高鈦酸鋁的強(qiáng)度并且能夠很好的抑制鈦酸鋁的熱分解。得到的鈦酸鋁適宜用作陶瓷材料。本發(fā)明提供一種由TiO2粉末和Al2O3粉末外加一定量氧化物添加劑(Fe203、SiO2,MgO等)合成的鈦酸招材料。本發(fā)明的鈦酸鋁以TiO2粉末和Al2O3粉末為主要原料，氧化物添加劑為輔助原料用于改善鈦酸鋁的高溫性能，如抑制其熱分解、減少裂紋提高強(qiáng)度等；在保證其較低的熱膨脹系數(shù)的前提下機(jī)械強(qiáng)度得到相應(yīng)提高。本發(fā)明的鈦酸鋁材料通過以下步驟制備
(1)備好TiO2和Al2O3以其氧化物添加劑(Fe203、Si02)粉末，其中所述TiO2原料是化學(xué)純級，Al2O3原料是工業(yè)純級，各原料組分的摩爾比為
TiO2 46 — 47
Al2O3 46 — 47
Fe2O3 I — 3
SiO2 1 - 3 ；
而且TiO2和Al2O3的摩爾比為1:1;
(2)采用濕法混合，即在上述組分中加入5 10%的PVA，濕法混合成泥狀混合物；
(3)將步驟(2)的混合物干燥至濕度3% 6%，采用模壓成型方法，將上述泥狀混合物制成C>20mm、高5 30mm的圓柱形壓胚,在100°C的干燥箱中保溫4 6小時(shí)，從室溫到100°C的升溫速率控制為50°C /h,或者在室溫干燥24小時(shí)；
(4)將步驟(3)的壓胚放入高溫電阻爐中，從室溫到400°C階段升溫速率為20 50°C/h，400°C 1450°C升溫速率為150°C 250°C /h，并在1450°C下保溫3 5小時(shí)，合成鈦酸鋁材料。
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施例可以進(jìn)一步了解本發(fā)明。實(shí)施例I :
(O備好化學(xué)純TiO2和工業(yè)純Al2O3及氧化物添加劑(Fe203、SiO2)粉末，其中各原料組分的摩爾配比為:Ti02 =Al2O3 :Fe203 Si02=46 :46 3 :3。(2)采用濕法混合，即將稱量好的混合粉末加入10%的PVA濕法混合成泥狀混合物。(3)等(2)所得的混合物干燥至濕度為5%時(shí)，采用模壓成型方法，將上述泥狀混合物制成Φ 20mm、高25mm的圓柱形壓胚，再將壓胚在100°C的干燥箱中保溫5小時(shí)，其中室溫到100°C的升溫速率為50°C /h。(4)將(3)中干燥好的壓胚放入高溫電阻爐中，設(shè)定好升溫程序室溫到400°C階段升溫速率為50°C /h，400°C 1450°C升溫速率為200°C /h，并在1450°C下保溫3小時(shí)，以保證完全合成欽Ife招材料。實(shí)施例2
按原料及氧化物添加劑的摩爾配比為TiO2 =Al2O3 =Fe2O3 Si02=47 -Al 1 :1。其他過程同實(shí)施例I。合成鈦酸鋁材料。實(shí)施例3
按原料及氧化物添加劑的摩爾配比改為TiO2 =Al2O3 =Fe2O3 Si02=46. 5 :46. 5 2 :2。其他過程同實(shí)施例I。合成鈦酸鋁材料。
權(quán)利要求
1.一種鈦酸鋁材料的制備方法，包括以下步驟 (1)備好TiO2和Al2O3原料及添加劑Fe2O3和SiO2粉末，其中各組分的摩爾比為，TiO2 46 — 47 Al2O3 46 — 47 Fe2O3 I — 3 SiO2 1 - 3 ； 而且TiO2和Al2O3的摩爾比為1:1; (2)采用濕法混合，即在上述組分中加入5 10%的PVA，濕法混合成泥狀混合物； (3)將步驟(2)的混合物干燥至濕度為3% 6%，采用模壓成型方法，將上述泥狀混合物制成Φ 20mm、高5 30mm的圓柱形壓胚，在100°C的干燥箱中保溫4 6小時(shí)，或者在室溫環(huán)境下干燥24小時(shí)； (4)將步驟(3)的壓胚放入高溫電阻爐中，升溫至400°C 1450°C，合成鈦酸鋁材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述鈦酸鋁材料的制備方法，其特征在于，所述TiO2原料是化學(xué)純級，Al2O3原料是工業(yè)純級。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述鈦酸鋁材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中從室溫到100°C的升溫速率為50°C /h。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述鈦酸鋁材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)中先從室溫升溫到400°C，升溫速率為20 50°C /h，再從400°C升溫至1450°C，升溫速率為150°C 2500C /h,并在1450°C下保溫3 5小時(shí)。
全文摘要
一種鈦酸鋁材料的制備方法，包括以下步驟(1)備好TiO2和Al2O3原料及添加劑Fe2O3和SiO2粉末，其中各組分的摩爾比為，TiO2Al2O3Fe2O3SiO2＝46－4746－471－31－3；且TiO2和Al2O3的摩爾比為11；(2)將稱量好的原料和添加劑混合，加入5～10%的PVA制成泥狀混合物；(3)將步驟(2)的混合物干燥至濕度為3%～6%，采用模壓成型方法，將所述泥狀混合物制成Φ20mm、高5～30mm的圓柱形壓胚，再將壓胚在100℃的干燥箱中保溫4～6小時(shí)或者在室溫環(huán)境下干燥24小時(shí)；(4)將步驟(3)的壓胚放入高溫電阻爐中，升溫至400℃～1450℃，合成鈦酸鋁陶瓷材料。
文檔編號C04B35/622GK102936133SQ201210527479
公開日2013年2月20日 申請日期2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月10日
發(fā)明者王勇 申請人:青島海諾水務(wù)科技股份有限公司