一种钛酸铝料及其制备方法和具有其的陶瓷材料与流程

1.本发明属于无机非金属陶瓷材料技术领域，具体涉及一种钛酸铝料及其制备方法和具有其的陶瓷材料。


背景技术：

2.钛酸铝烧结体具有低的热膨胀系数和高的耐腐蚀性。它们被称为是耐热材料，当将该材料用作例如铝、铝合金、铁合金等熔融金属的容器、抬包或者槽时，该材料具有与溶渣的低润湿性、优良的耐腐蚀性、优良的抗散裂强度和其它优良性质。但是，构成钛酸铝烧结体的晶粒是各向异性，该烧结体趋于具有以下缺点：当被加热或冷却时，热膨胀系数各向异性产生的应力导致了晶粒晶界的位移；并且形成了微裂纹和孔，这会导致低的机械强度。
3.因此，常规的钛酸铝烧结体所具有的强度不足，并且特别是当施用于高温并且被施加中的载荷时，不能表现出足够的耐用性。
4.另外，钛酸铝在1280℃或以下的温度下不稳定。当将其用于800-1280℃的温度范围时，该化合物具有分解成tio2和al2o3的趋势，因此，很难在该高温下持续使用该材料。
5.为了改进钛酸铝的可烧结性并阻止其热分解，在烧结之前，将添加剂比如二氧化硅加入原材料中。但是，此时，所得到的烧结体的耐溶性趋于降低。为此，不可能得到可在高达约1400℃的温度下使用并且也具有高机械强度的耐熔性钛酸铝烧结体。


技术实现要素：

6.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的主要目的在于提供一种钛酸铝料，旨在解决现有钛酸铝能够在高达约1400℃的温度下使用并且也具有高机械强度的技术问题。本发明还提供了该钛酸铝料的制备方法和具有其的陶瓷材料。
7.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
8.一种钛酸铝料，以质量百分比计，其包括如下组分：氧化铝粉：40-45％；钛白粉：35-40％；mgco3：10-20％；zno：3-5％；fe2o3：2-4％。
9.在某些具体实施例中，其包括如下组分：氧化铝粉：40％；钛白粉：35％；mgco3：18％；zno：5％；fe2o3：2％。
10.在某些具体实施例中，其包括如下组分：氧化铝粉：45％；钛白粉：35％；mgco3：13％；zno：3％；fe2o3：4％。
11.一种根据上述的钛酸铝料的制备方法，包括如下步骤：
12.a1)将氧化铝粉、钛白粉、mgco3、zno、fe2o3混合，得混合物；
13.a2)将混合物中加水搅拌均匀后压滤成料饼；
14.a3)将料饼通过真空练泥机成砖，烘干备用；
15.a4)放入高温窑炉氧化气氛烧制，即得钛酸铝料。
16.在某些具体实施例中，步骤a4)中的烧制条件为：烧制温度为1400℃，烧制时间为2
小时。
17.一种含有前述制备方法制得的钛酸铝料的陶瓷材料，以质量百分比计，包括如下组分：高岭土：10-20％；钛酸铝料：65-70％；硅酸锆：5-10％；二氧化硅：5-15％。
18.在某些具体实施例中，所述陶瓷材料的通过如下制备方法制备：
19.b1)将高岭土、钛酸铝料、zrsio4、sio2按质量比例计量混合；
20.b2)将步骤a1得到的混合物加水搅拌均匀后压滤成料饼；
21.b3)将料饼通过真空练泥机成泥条备用；
22.b4)将泥条成型制品；
23.b5)将制品放高温窑炉中烧制后自然冷却至室温，即得陶瓷材料。
24.在某些具体实施中，所述烧制条件为：在氧化气氛下，烧制温度为1400℃，烧制时间为1-2个小时。
25.与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
26.1)发明所提供的钛酸铝料，其烧结体的强度被改进到可实际应用的水平，并且可在高温下使用，而且具有钛酸铝所固有的性质，即低的热膨胀系数和高的耐腐蚀性。
27.2)本技术所提供的钛酸铝料，通过采用al2o3与tio2提供了高腐蚀性且低膨胀主晶相的钛酸铝，且当在zno和fe2o3在特定比例时，结合特定比例的mgco3时，其可有效降低钛酸铝料的反应温度和反应时间，制备出的钛酸铝料在1400℃的温度下烧结2h；且制备的钛酸铝料烧结体不仅机械强度被极大改进，且不会损失钛酸铝烧结体所固有的低的热膨胀系数和耐腐蚀性能。
28.3)本技术所提供的陶瓷材料，其在20℃-750℃温度时的线膨胀系数小于1.0*10-6
℃，高岭土高温分解与sio2形成莫来石均匀分布在钛酸铝四周，极大增强了强度；同时sio2也可固熔入钛酸铝料中，增加稳定性，zrsio4均匀分布在各主晶相的晶界中起增韧作用，通过各个原材料之间的协同作用，使得该陶瓷材料在20℃-750℃温度时的线膨胀系数小于1.0*10-6
℃，具有强度高、吸水率低和高抗热震性等优良的综合性能。另外，该钛酸铝料的烧结体具有优良的耐热分解性，显示出高的耐熔性并且可在高温下稳定的使用。
具体实施方式
29.下面结合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。
30.当以范围、优选范围、或者优选的数值上限以及下限的形式表述某个量、浓度或其它值或参数的时候，应当理解相当于具体揭示了通过将任意一对范围上限或优选数值与任意范围下限或优选数值结合起来的任何范围，而不考虑该范围是否具体揭示。除非另外指出，本文所列出的数值范围值在包括范围的端点，和该范围之内的所有整数和分数。
31.除非另外说明，本文中所有的百分比、份数、比值等均是按重量计。
32.本文的材料、方法和实施例均是示例性的，并且除非特别说明，不应理解为限制性的。
33.下述实施例中，所述高岭土以质量百分比计的组成为：包括46.54％的sio2，39.5％的al2o3，13.15％的h2o和na2o≤0.51％，ca、mgo≤0.3％。
34.其中，所述硅酸锆中zro2的含量≥65wt％，粒径为5-15μm。
35.其中，所述二氧化硅中sio2的含量≥99.5wt％，粒径小于3-8um。
36.其中，al2o3与tio2混合物通过烧结合成钛酸铝属于现有技术，因此对原材料al2o3与tio2没有特别限制。
37.下述实施例中，抗腐蚀性的测试方法为：加入、倒出融熔铝液后入表皮无脱落次数；
38.分解率：制品在1100℃冷却至室温重复30次后检测tio2(二氧化钛)在制品中所占百分比。
39.实施例1
40.本发明所提供的钛酸铝料的制备方法，其包括如下步骤：
41.a1)将40％氧化铝粉、35％钛白粉、18％mgco3、5％zno、2％fe2o3混合；
42.a2)将步骤a1)得到的混合物中加水搅拌均匀后压滤成料饼；
43.a3)将料饼通过真空练泥机成规格为230mm*115mm*65mm的机压砖；
44.a4)将机压砖自然烘干至水份小于15％，放入高温窑炉，250℃烘3个小时后用12个小时升温至1400℃，保温1.5个小时，自然冷却，出窑备用，得到钛酸铝砖型料。
45.实施例2
46.a1)将45％氧化铝粉、35％钛白粉、13％mgco3、3％zno、4％fe2o3混合；
47.a2)将步骤a1)得到的混合物中加水搅拌均匀后压滤成料饼；
48.a3)将料饼通过真空练泥机成规格为230mm*115mm*65mm的机压砖；
49.a4)将机压砖自然烘干至水份小于15％，放入高温窑炉，250℃烘3个小时后用12个小时升温至1400℃，保温2.0个小时，自然冷却，出窑备用，得到钛酸铝砖型料。
50.实施例3
51.在实施例1的基础上，本技术将实施例1制备的钛酸铝料作为原材料制备陶瓷材料，具体包括如下步骤:
52.1)将实施例1中制备得到的钛酸铝砖型料破碎至10um，得钛酸铝料；
53.2)将高岭土15％，步骤1)中制得的钛酸铝料70％，硅酸锆10％、二氧化硅5％计量混合；
54.3)将步骤2)得到的混合料加水搅拌均匀后压滤成料饼；
55.4)将料饼通过真空练泥机成泥条备用；
56.5)将泥条成型制品，放自然界自然烘干至水份小于12％；
57.6)将制品放高温窑炉，100℃中保温2个小时，后用10个小时升温至1385℃保温1.2个小时，自然冷却至室温，即得钛酸铝-莫来石高热震高强度陶瓷材料。
58.对比例1
59.本对比例所提供的钛酸铝料的制备方法，其组分和配比与实施例2基本相同，不同之处在于不加入fe2o3，其制备方法与实施例2相同；
60.对对比例2制备所得的钛酸铝料进行性能测试，结果如表1所示。
61.对比例2
62.本对比例所提供的钛酸铝料的制备方法，其组分和配比与实施例2基本相同，不同之处在于不加入zno，其制备方法与实施例2相同；
63.对对比例2制备所得的钛酸铝料进行性能测试，结果如表1所示。
64.对比例3
65.本对比例所提供的钛酸铝料的制备方法，其组分和配比与实施例2基本相同，不同之处在于不加入mgco3，其制备方法与实施例2相同；
66.对对比例2制备所得的钛酸铝料进行性能测试，结果如表1所示。
67.性能测试：
68.1)钛酸铝料的性能测试
69.本技术对实施例1和实施例2制备所得的钛酸铝砖型料进行性能测试，结果如表1所示：
70.表1实施例1-2中钛酸铝砖型料的性能指标
71.名称20-700℃时膨胀系数抗折强度/mpa抗腐蚀性合成温度(℃)合成时间(h)实施例10.85*10-61265114002h实施例20.7*10-61424514002h对比例10.75*10-61084314803.5对比例20.72*10-61054214803.5对比例30.81*10-6964015004
72.从表1中可知，本技术所提供的钛酸铝料，通过实施例2与对比例1、对比例2和对比例3的对比可知，本技术中的钛酸铝料通过mgco3、zno和fe2o3的协同作用下，结合采用al2o3与tio2提供了高腐蚀性且低膨胀主晶相的钛酸铝，其可有效降低钛酸铝料的反应温度和反应时间，制备出的钛酸铝料在1400℃的温度下烧结；且制备的钛酸铝料烧结体不仅机械强度被极大改进，且不会损失钛酸铝烧结体所固有的低的热膨胀系数和耐腐蚀性能。
73.2)陶瓷材料的性能测试
74.本技术对实施例3制备得到的含有钛酸铝料的陶瓷材料进行性能测试，结果为：
75.名称实施例1烧成温度/℃1385保温时间/h1.2h吸水率/％3.5％膨胀系数(20-750℃)0.82
×
10-6
抗折强度/mpa148分解率/％5％抗腐蚀次数48
76.从表2的数据可知，本技术中含有钛酸铝料的陶瓷材料，具有强度高、吸水率低、高抗热震性等优良的综合性能。
77.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

技术特征：
1.一种钛酸铝料，其特征在于，以质量百分比计，其包括如下组分：氧化铝粉：40-45％；钛白粉：35-40％；mgco3：10-20％；zno：3-5％；fe2o3：2-4％。2.根据权利要求1所述的钛酸铝料，其特征在于，其包括如下组分：氧化铝粉：40％；钛白粉：35％；mgco3：18％；zno：5％；fe2o3：2％。3.根据权利要求1所述的钛酸铝料，其特征在于，其包括如下组分：氧化铝粉：45％；钛白粉：35％；mgco3：13％；zno：3％；fe2o3：4％。4.一种根据权利要求1-3中任一项所述的钛酸铝料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a1)将氧化铝粉、钛白粉、mgco3、zno、fe2o3混合，得混合物；a2)将混合物中加水搅拌均匀后压滤成料饼；a3)将料饼通过真空练泥机成砖，烘干备用；a4)放入高温窑炉氧化气氛烧制，即得钛酸铝料。5.根据权利要求4所述的钛酸铝料的制备方法，其特征在于，步骤a4)中的烧制条件为：烧制温度为1400℃，烧制时间为2小时。6.一种含有权利要求4或5的制备方法制得的钛酸铝料的陶瓷材料，其特征在于，以质量百分比计，包括如下组分：高岭土：10-20％；钛酸铝料：65-70％；硅酸锆：5-10％；二氧化硅：5-15％。7.根据权利要求6所述的陶瓷材料，其特征在于，所述陶瓷材料的通过如下制备方法制备：b1)将高岭土、钛酸铝料、zrsio4、sio2按质量比例计量混合；b2)将步骤a1得到的混合物加水搅拌均匀后压滤成料饼；b3)将料饼通过真空练泥机成泥条备用；b4)将泥条成型制品；b5)将制品放高温窑炉中烧制后自然冷却至室温，即得陶瓷材料。8.根据权利要求7所述的陶瓷材料，其特征在于，所述烧制条件为：在氧化气氛下，烧制温度为1400℃，烧制时间为1-2个小时。

技术总结
本发明公开了一种钛酸铝料，以质量百分比计，其包括如下组分：氧化铝粉：40-45％；钛白粉：35-40％；MgCO3：10-20％；ZnO：3-5％；Fe2O3：2-4％。本发明还公开了一种钛酸铝料的制备方法，同时还公开了含有该钛酸铝料的陶瓷材料。本发明所提供的钛酸铝料，通过采用Al2O3与TiO2提供了高腐蚀性且低膨胀主晶相的钛酸铝，且当ZnO和Fe2O3在特定比例时，结合特定比例的MgCO3时，其可有效降低钛酸铝料的反应温度和反应时间，制备出的钛酸铝料在1400℃的温度下烧结2h；且制备的钛酸铝料烧结体不仅机械强度被极大改进，且不会损失钛酸铝烧结体所固有的低的热膨胀系数和耐腐蚀性能。热膨胀系数和耐腐蚀性能。


技术研发人员：陈鹏杰 陈瑶武 沈图夏 徐端珍 黄少崇 江源 林旭扬
受保护的技术使用者：揭阳恒成陶瓷科技有限公司
技术研发日：2023.05.16
技术公布日：2023/8/23