编号：FTJS107454
篇名： 钛酸铝-莫来石复相陶瓷的合成与制备
作者： 杨鑫科
关键词： 钛酸铝; 固相反应烧结; 裂纹偏转; 抗弯强度; 热膨胀系数;
机构：武汉理工大学
摘要： 钛酸铝陶瓷兼具优异的物理化学性能,如低热膨胀性、高抗热震性、低导热性、耐高温性、耐腐蚀性等,因此被广泛应用在熔融金属冶炼、催化剂载体、耐火材料等领域。但同时因为钛酸铝陶瓷的热不稳定性以及高热膨胀各向异性,使得钛酸铝材料在使用过程中容易出现开裂、变形以及黏附等问题。本文主要通过加入不同添加剂制备钛酸铝-莫来石复相陶瓷,通过对复相陶瓷的物相组成以及显微结构进行调控,以实现提升钛酸铝陶瓷的热稳定性以及力学性能。具体内容如下: 以α-Al2O3和TiO2为原料,加入MgO作为热稳定剂,莫来石作为增强剂,通过固相反应烧结法制备钛酸铝-莫来石复相陶瓷,研究了MgO和莫来石对于复相陶瓷的物相组成、显微结构和热力学性能的影响。实验结果表明,MgO的引入可以形成活化能更低的Mg Ti2O5晶核,因此加入MgO对于Al2TiO5晶粒的形成以及生长具有促进作用,且能够在一定程度降低烧结温度。同时,MgO的引入能够形成MgxAl2（1-x）Ti（1+x）O5固溶体,提高钛酸铝陶瓷的热稳定性。莫来石的添加对于钛酸铝陶瓷的显微结构调控具有明显作用,莫来石颗粒可以对陶瓷内的气孔以及微裂纹进行填充,通过引起裂纹偏转效应以达到提升钛酸铝陶瓷力学性能的作用。引入不同添加剂样品的热力学性能的研究结果显示,同时引入MgO和莫来石对于钛酸铝陶瓷的热稳定性以及力学性能均有明显提升,烧结后的钛酸铝-莫来石复相陶瓷在保持较低的热膨胀系数的同时具有较高的抗弯强度。当添加4%MgO和10%莫来石的样品在1400℃烧结时,其体积密度达到3.46g/cm3,显气孔率仅为2.9%,弯曲强度高达64.15Mpa,热膨胀系数为1.35×10-6 K-1（RT-700℃）。 以γ-Al2O3和气相Si O2为原料,以AlF3·3H2O为催化剂,通过固相烧结法制备莫来石晶须。在AlF3·3H2O的添加量为6%,烧结温度为1400℃,保温时间为4h的条件下制备的莫来石晶须具有较高的纯度以及最大的长径比,并且在超声分散时间为20min,球磨分散时间为60min时晶须具有最好的分散效果。 在Al2O3-MgO-TiO2体系中加入实验室自制莫来石晶须,通过固相烧结制备晶须增强钛酸铝-莫来石复相陶瓷。莫来石晶须的加入可以引起裂纹偏转,降低微裂纹的数量,对于钛酸铝陶瓷力学性能的提升较为明显,但同时也引起了其热膨胀系数的增加以及热稳定性的降低。当添加10%莫来石晶须时,样品具有较高的体积密度以及抗弯强度,此时样品的体积密度为3.55g/cm3,抗弯强度高达72.68Mpa,热膨胀系数为2.26×10-6 K-1。