高强度钛酸铝陶瓷的制备方法
专利名称：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75(TC-128(TC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135(TC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°C。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) 将八1203、Ti02、Si02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"C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°C~1500°C;
(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A1203、 Ti02、 Si02和MgO的重量百分比分别 为A1203 : 35~39， Ti02: 18~28， Si02: 35~40， MgO: 2~3。
而且，所述的混合料湿磨时，料、球、水的重量比为l: 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Ti02反应生成MgTi205，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Si02，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。
具体实施例方式
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Al203、 Ti02、 Si02和MgO进行配料，Al203、 Ti02、 Si02 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l: 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'C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°C;
(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) 将八1203、 Ti02、 Si02和MgO进行配料，A1203、 Ti02、 Si02 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l: 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。C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。C;(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Al203、 Ti02、 Si02和MgO进行配料，A1203、 Ti02、 Si02 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l: 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128t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°C;
(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。
权利要求
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^203、 Ti02、 Si02和MgO的重量百分比分别为 A1203 : 35~39， Ti02: 18~28， Si02: 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l: 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。
全文摘要
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。
文档编号C04B35/478GK101456729SQ20071015090
公开日2009年6月17日 申请日期2007年12月11日 优先权日2007年12月11日
发明者晖 任, 蔚 杨, 王碧君, 宇 白, 白乃丰 申请人:王碧君
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75(TC-128(TC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135(TC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°C。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) 将八1203、Ti02、Si02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"C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°C~1500°C;
(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A1203、 Ti02、 Si02和MgO的重量百分比分别 为A1203 : 35~39， Ti02: 18~28， Si02: 35~40， MgO: 2~3。
而且，所述的混合料湿磨时，料、球、水的重量比为l: 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Ti02反应生成MgTi205，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Si02，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。
具体实施例方式
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Al203、 Ti02、 Si02和MgO进行配料，Al203、 Ti02、 Si02 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l: 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'C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°C;
(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) 将八1203、 Ti02、 Si02和MgO进行配料，A1203、 Ti02、 Si02 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l: 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。C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。C;(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Al203、 Ti02、 Si02和MgO进行配料，A1203、 Ti02、 Si02 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l: 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128t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°C;
(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。
权利要求
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^203、 Ti02、 Si02和MgO的重量百分比分别为 A1203 : 35~39， Ti02: 18~28， Si02: 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l: 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。
全文摘要
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。
文档编号C04B35/478GK101456729SQ20071015090
公开日2009年6月17日 申请日期2007年12月11日 优先权日2007年12月11日
发明者晖 任, 蔚 杨, 王碧君, 宇 白, 白乃丰 申请人:王碧君
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