[发明专利]钛酸铝烧结体的制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种低热膨胀、耐高温的钛酸铝（Al₂TiO₅）材料的制备方法，属于材料合成与加工陶瓷领域。

背景技术

钛酸铝材料是集低膨胀系数和高熔点为一体的新型材料，是目前低膨胀材料中耐高温性能最好的一种，此外，它还有导热系数低、抗渣、耐蚀、耐碱和对多种金属及玻璃的不浸润性，可以广泛应用于抗热震、耐高温、耐磨损、抗腐蚀、抗碱等条件要求苛刻的环境，特别是要求高抗热震的场合。

世界专利WO2005/018776号公开了一种通过添加1～10质量分数的碱性长石、含Mg尖晶石型结构的氧化物、或MgO或通过烧结转化MgO的含Mg化合物的原料混合物进行烧结而形成的钛酸铝烧结体。

日本专利2005-519834号公开了通过调整在TiO₂源粉末及Al₂O₃源粉末中添加剂的种类、组成及添加量，获得在维持原有耐热性和低膨胀系数优点的同时，其热分解、低机械强度的问题得到改良的钛酸铝技术。

以上专利都是通过不同方法改进钛酸铝本身热分解和机械强度低的性能，但是却存在如下不足：

（1）只是单一方面的改进措施，效果并不明显。

（2）选择添加剂方面，添加剂比较单一且不是最优添加剂，添加剂过于复杂，这样势必会影响钛酸铝的低膨胀性。

（3）添加剂比例没有很好的控制在不影响钛酸铝优异性能的范围之内。

发明内容

本发明针对现有技术的上述不足，提出一种钛酸铝的制备方法，包括在保持合适的TiO₂源粉末及Al₂O₃源粉末粒径的同时，加入摩尔分数适量的Fe₂O₃和SiO₂作为添加剂。Fe₂O₃可以显著抑制钛酸铝的热分解，提高钛酸铝的稳定性。这是由于加入Fe³⁺形成的Fe₂TiO₅和Al₂TiO₅同属假板钛矿化合物，可以形成连续固溶体Al_2(1-x)Fe_2xTiO₅，能够较好地抑制钛酸铝的热分解。并且不影响钛酸铝的热膨胀性。添加SiO₂不仅能提高钛酸铝的稳定性抑制钛酸铝的热分解，而且能够提高其机械强度，但加入量过高，就会与钛酸铝分解，产生的Al₂O₃形成莫来石而使热膨胀系数增大，因而要保持一定的比例范围。特别的，采用两者复合能够起到更好的效果，因而能够更好的减少裂纹、提高钛酸铝的强度并且能够很好的抑制钛酸铝的热分解。得到的钛酸铝适宜用作陶瓷材料。

本发明提供一种由TiO₂粉末和Al₂O₃粉末外加一定量氧化物添加剂（Fe₂O₃、SiO₂、MgO等）合成的钛酸铝材料。

本发明的钛酸铝以TiO₂粉末和Al₂O₃粉末为主要原料，氧化物添加剂为辅助原料用于改善钛酸铝的高温性能，如抑制其热分解、减少裂纹提高强度等；在保证其较低的热膨胀系数的前提下机械强度得到相应提高。

本发明的钛酸铝材料通过以下步骤制备：

（1）备好TiO₂和Al₂O₃以其氧化物添加剂（Fe₂O₃、SiO₂）粉末，其中：所述TiO₂原料是化学纯级，Al₂O₃原料是工业纯级，各原料组分的摩尔比为：

TiO₂：43.5－44.5：

Al₂O₃：43.5－44.5：

Fe₂O₃：4－6：

SiO₂：4－6；

而且TiO₂和Al₂O₃的摩尔比为1：1；