[發明專利]鈦酸鋁陶瓷前體料和鈦酸鋁致密陶瓷及其制造方法

有效

• 申請號: 202110365112.7
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN112979307B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 陳長龍;魏玉玲
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: C04B35/478
• 分類號: C04B35/478;C04B35/628
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了鈦酸鋁陶瓷前體料和鈦酸鋁陶瓷及其制造方法。所述鈦酸鋁陶瓷前體料是由包含內核相和外殼相的核殼結構顆粒構成，其中內核相是氧化鈦和氧化鋁，外殼相是氧化硅。所述氧化鈦、氧化鋁和氧化硅的質量百分含量分別為：39~47%、51~60%和0.5~13%。將鈦酸鋁陶瓷前體料通過等靜壓或模壓成形得到生坯體；將生坯體進行燒制，得到鈦酸鋁致密陶瓷。本發明的鈦酸鋁陶瓷制備步驟簡單、成本低、制備過程三廢排放少，并且制備得到的鈦酸鋁陶瓷致密性好、抗熱震性高、抗彎強度高。

技術領域

本發明涉及陶瓷材料技術領域，尤其涉及鈦酸鋁陶瓷前體料和鈦酸鋁致密陶瓷及其制造方法。

背景技術

鈦酸鋁陶瓷具有高熔點和低熱膨脹系數的特點，在高溫耐熱震領域具有重要的應用。目前工業上生產鈦酸鋁陶瓷制品主要通過兩步法進行，即以氧化鈦、氧化鋁為原料，加入一定的添加劑后在高溫下先合成鈦酸鋁熟料，然后再以鈦酸鋁熟料制坯并經過高溫燒結獲得鈦酸鋁陶瓷。例如，中國專利（CN 104528817 B）公開了一種鈦酸鋁粉體的制備方法，就是以氧化鋁和鈦白粉為原料，添加氧化鎂、氧化鈰、氧化鐵、碳酸鍶等添加劑，經過兩次高溫煅燒（1100-1350℃和1350-1450℃）并進一步破碎后得到鈦酸鋁粉體。該專利涉及的正是鈦酸鋁熟料粉體的制備，雖未涉及鈦酸鋁致密陶瓷制造，但從其復雜的熟料粉體制備工藝可以看出，獲得優異的鈦酸鋁陶瓷熟料是工業上制造鈦酸鋁致密陶瓷的關鍵步驟。工業上之所以采用兩步法，是因為氧化鈦和氧化鋁高溫反應生成鈦酸鋁的過程會發生體積膨脹。如果直接以氧化鈦和氧化鋁為原料制坯，在后續的燒結過程中會因體積效應而導致所燒制的陶瓷富含大的裂紋，失去機械強度和致密性。可以看出，兩步法制造鈦酸鋁陶瓷不但能耗高而且工藝步驟多，屬于高耗能、高耗時的雙高工藝。申請號為201811082894.8的專利公開了一種氮化物改性鈦酸鋁陶瓷原料的制備方法，將氧化鋁粉、鈦白粉、氧化鋯、碳酸鎂和燒結助劑混合，攪拌制備成陶瓷粉料，將陶瓷粉料加入到水中，攪拌后形成鈦酸鋁陶瓷料漿；將氮化硅球加入到球磨機，水作為球磨介質，球磨制得氮化硅粉料；在鈦酸鋁陶瓷料漿中，加入氮化物粉料形成改性料漿，將改性料漿烘干，形成改性粉料，在改性粉料中加入聚乙烯醇粘結劑，充分混合均勻，制成改性鈦酸鋁陶瓷原料。該專利主要原料較多，還需要加入氮化硅在450℃下烘干形成改性粉料，制備工藝復雜。

因此，從產業發展趨勢看，鈦酸鋁致密陶瓷制造工藝尚需要在節能、降排、提高生產效率、降低生產成本等方面進行突破。因此，如能通過一步法，即用氧化鈦和氧化鋁為基礎原料，直接制造鈦酸鋁致密陶瓷將具有重要的產業應用價值。但現有公開的一步法制備鈦酸鋁陶瓷，即直接用氧化鈦和氧化鋁為原料而不是用鈦酸鋁熟料來制備鈦酸鋁陶瓷，所得陶瓷的機械性能及抗熱震性能與當前工業上通過兩步法制造的鈦酸鋁陶瓷尚有明顯的差距，主要缺點表現為內部晶疇大、熱震環境下極易產生大裂紋而失去機械強度和致密性，導致其無法應用于實際生產。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供鈦酸鋁陶瓷前體料和鈦酸鋁致密陶瓷及其制造方法，使得鈦酸鋁陶瓷制備步驟簡單、成本低、制備過程中三廢排放少，并且制備得到的鈦酸鋁陶瓷致密性好、抗熱震性高、熱膨脹系數小且抗彎強度高。

本發明是通過如下技術方案實現的：

本發明的第一方面，提供一種鈦酸鋁陶瓷前體料，其顆粒微觀結構上是由內核相和外殼相構成的，其中內核相是氧化鈦和氧化鋁，外殼相是氧化硅。

優選的，所述鈦酸鋁陶瓷前體料中的氧化鈦、氧化鋁和氧化硅包括以下質量百分數的原料：

氧化鈦39~47%，氧化鋁51~60%，氧化硅0.5~13%。

優選的，所述氧化鈦具有80%的顆粒尺寸小于或等于750 nm、中值粒度小于或等于600 nm的粒度分布；所述氧化鋁具有80%的顆粒尺寸小于或等于700 nm 的粒度分布、中值粒度小于或等于600 nm的粒度分布。

本發明的第二方面，提供上述鈦酸鋁陶瓷前體料的制備方法：