[发明专利]一种铸造用钛酸铝陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及一种铸造用钛酸铝陶瓷及其制备方法，以α‑Al₂O₃和钛黄粉为原料，加入碳酸镁和二氧化硅作为稳定剂，各原料组分为：α‑Al₂O₃53％～59％wt，钛黄粉37.58％～42.72％wt，稳定剂总量3％～6％，各原料经湿法球磨混合、造粒、冷等静压成型、烧制成钛酸铝陶瓷。本发明采用一步法直接制得钛酸铝材料，简化了制备工艺，大大节约生产成本，具有良好的经济效益，同时制备的材料机械强度大、热膨胀系数低，可以用来制备铸造用升液管、坩埚等产品。

技术领域

本发明涉及一种陶瓷制备技术领域，尤其涉及一种铸造用钛酸铝陶瓷及其制备方法。

背景技术

随着现代工业的迅猛发展，特别是汽车、航空工业等领域的崛起，对同时具有优良的耐高温和抗热震性陶瓷材料的需求愈来愈迫切。钛酸铝(Al₂TiO₅)是集低膨胀系数和高熔点为一体的新型材料，具备优异的抗热冲击性能、抗渣、耐腐蚀、和对多种金属不浸润的优点，它低的热膨胀系数和优异的抗热冲击性能使它广泛用于玻璃、汽车、热加工工业等领域，如催化剂载体、排气管、内燃机隔热、金属冶金铸造抗热震部件等。但该材料也因存在着两大致命缺陷而使其应用受到很大程度限制：一是在750～1280℃温度区间易分解成金红石和刚玉相，从而丧失了其优良的低膨胀性能；二是钛酸铝晶体冷却时内部会产生大量微裂纹，大大降低了其室温机械强度。

钛酸铝陶瓷升液管是低压铸造连铸机的关键部件，直接影响铸铝产品的质量及生产效率，由于铸铁升液管易污染铝源、使用寿命短、粘铝液等缺点，国外发达国家已经开发Si₃N₄反应烧结SiC陶瓷升液管，这种陶瓷制品具有不污染铝液、耐侵蚀性能好等突出优势，而且使用寿命长且稳定，但由于它生产成本高，价格昂贵，在我国推广应用还有较大阻碍。钛酸铝是价格比较低廉的高温低膨胀材料，具有优异的抗热震性能和对铝液的不浸润性，是取代铸铁制造升液管的理想材料。目前国内钛酸铝陶瓷升液管多采用两步法制备，而直接采用一步法生产的研究与应用报道较少。

发明内容

为解决钛酸铝材料的两大致命缺陷，为国内陶瓷升液管生产提供一种新的思路，本发明提出铸造用钛酸铝陶瓷及其制备方法，具体技术方案为：

一种铸造用钛酸铝陶瓷，采用一步法直接烧制而成，制作所述钛酸铝陶瓷的原料及其配比为：α-Al₂O₃53％～59％wt，钛黄粉37.58％～42.72％wt，稳定剂3％～6％，所述稳定剂由碳酸镁和二氧化硅复合而成。

一种铸造用钛酸铝陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

(1)把权利要求1所述的原料球磨至一定细度；

(2)把球磨后的原料按权利要求1所述的比例用一定转速的行星球磨机进行湿法球磨混合，制得料浆；

(3)将所述料浆倒入容器中，在电热鼓风干燥箱中于110℃下干燥4h，形成的粉体经玛瑙研钵研磨后过100目筛，加入适量的PVA水溶液进行造粒，陈腐24h形成混合料；

(4)将所述混合料利用液压机预压，液压机的压力为8MPa，再采用等静压机压制，等静压机的压力120MPa～140MPa，压制时间为5min，制得生坯；

(5)将压制成型后的生坯去除边角处毛刺，再放入烘箱中以90～100℃的恒温干燥12～24h；

(6)将干燥后的坯体放入硅钼炉内烧结，烧结温度1420～1450℃，烧结时间为10～12h。

进一步地，步骤(1)所述原料细度为200目。

进一步地，步骤(2)所述行星球磨机的转速为400r/min，球磨时间为12h。