专利名称：一种钛酸铝基质复相陶瓷耐火材料的制作方法
一种钛酸铝基质复相陶瓷耐火材料
技术领域：
本发明涉及一种复相陶瓷材料领域，特别涉及一种钛酸铝基质复相陶瓷耐火材料。
背景技术：
钛酸铝是一种常用的陶瓷材料，其化学式为Al2TiO515钛酸铝具有接近于零的热膨胀系数、低导热系数、高熔点、抗热震和抗热冲击性能优异等特性，可在剧烈的急冷急热条件下使用，而且对铝液、钢液、铜液、铜渣、钢渣具有优良的抗浸蚀性和耐碱腐蚀性，是一种性能优良的陶瓷材料，可广泛应用于耐热、抗热震、抗腐蚀、抗碱等的炉衬材料。钛酸铝在具体应用中也碰到两个问题，一是其在750_1300°C的温度范围内易分解为金红石和刚玉,造成材料内部应力集中，从而失去其低热膨胀特性,使材料使用寿命大大缩短；二是其各轴向热膨胀系数差别很大，冷却时在材料内部由于热应力易形成大量微裂纹，使其机械强度降低，材料难以致密烧结。近年来，通过复合相方法，加入添加剂来改善钛酸铝陶瓷强度的研究在业内成为研究热点。通过这种方法制备的钛酸铝复合材料均属颗粒增强陶瓷复合材料，弥散在钛酸铝基质材料的第二相颗粒均匀地分布在基体内，基体相和弥散相不发生活泼的相互作用。由于钛酸铝基质材料本身存在大量的微裂纹，通过添加其它材质的陶瓷微粒，可以对扩展中的裂纹尖端起“钉固”效应，使其难以向前扩展或只能绕道扩展或使裂纹偏向，或使裂纹支化，或使裂纹弯曲，从而增加材料的断裂能，防止主裂纹贯穿整个陶瓷结构，同时可以在高温合成时抑制晶粒生长，使材料强度明显提高。
发明内容本发明要解决 的技术问题，在于提供一种钛酸铝基质复相陶瓷耐火材料，该复相陶瓷耐火材料具有强度高、不易变形、热稳定性好以及使用温度高等特点。本发明是这样实现的:—种钛酸铝基质复相陶瓷耐火材料，所述复相陶瓷耐火材料各组分及其含量如下:刚玉50 60wt%、粘土 30 35wt%、二氧化钦10 15wt%。进一步地，所述复相陶瓷耐火材料各组分的含量具体如下:刚玉57wt%、粘土31wt%、二氧化钦 12wt%。进一步地，所述刚玉含a -Al2O3量为95 100wt%，所述二氧化钛纯度为95 100%，所述粘土的各组分及其含量分别为=SiO2组分40 54wt%、Al2O3组分30 36wt%、Fe2O3 组分 0.5 2wt%、K20 组分 0.1 1.0wt%、Na20 组分 0.5 lwt%、其他组分 0 7wt%、L.0.1 组分 12 15wt%0进一步地，所述刚玉含a -Al2O3量为97.5wt%,所述二氧化钛纯度为98.20%,所述粘土的各组分及其含量分别为=SiO2组分47.58wt%、Al2O3组分36.00wt%、Fe2O3组分
0.80wt%、K2O 组分 0.12wt%、Na2O 组分 0.5wt%、其他组分 0wt%、L.0.1 组分 15.00wt%。
本发明具有如下优点:本发明是以刚玉、粘土、二氧化钛为原料，其中刚玉可提高复相材料耐火度和荷重软化点温度；莫来石既能提高复相材料抗高温蠕变性和增加材料的高温强度，又能抑制钛酸铝的分解；钛酸铝高熔点和低热膨胀系数，可有效提高复相材料热稳定性。因此发明具有耐火度高、抗高温蠕变性能好、低热膨胀系数、使用温度高，热震稳定性好和使用寿命长等特点，其可在陶瓷、冶金、化工、电子等行业中推广应用。
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。图1为本发明实施例一的扫描电子显微镜图。图2为本发明实施例二的扫描电子显微镜图。
具体实施方式请参阅图1和图2所示，对本发明的实施例进行详细的说明。本发明涉及一种钛酸铝基质复相陶瓷耐火材料，所述复相陶瓷耐火材料各组分及其含量如下:刚玉50 60wt%、粘土 30 35wt%、二氧化钛10 15wt%。较优的，所述复相陶瓷耐火材料各组分的含量具体如下:刚玉57wt%、粘土 31wt%、二氧化钛12wt%。所述刚玉含a -Al2O3量为95 100wt%，所述二氧化钛(TiO2)纯度为95 100%，所述粘土的各组分及 其含量分别为=SiO2组分40 54wt%、Al203组分30 36wt%、Fe203组分 0.5 2wt%、K2O 组分 0.1 1.0wt%、Na2O 组分 0.5 lwt%、其他组分 0 7wt%、L.0.1(烧失量)组分12 15wt%。较优的，所述刚玉含a -Al2O3量为97.5wt%,所述二氧化钛纯度为98.20%,所述粘土的各组分及其含量分别为=SiO2组分47.58wt%、Al203组分36.00wt%,Fe2O3组分0.80wt%、K2O 组分 0.12wt%、Na2O 组分 0.5wt%、其他组分 0wt%、L.0.1 组分 15.00wt%。以下结合实施例对本发明作进一步地说明。实施例一1.组分配方复相陶瓷耐火材料中各组分含量为:刚玉57wt%、粘土 31wt%、二氧化钛12wt% ;其中刚玉含a -Al2O3量为97.50wt%, 二氧化钛纯度为98.20%,粘土的化学成分为SiO2组分47.58wt%、Al2O3 组分 36.00wt%、Fe2O3 组分 0.80wt%、K2O 组分 0.12wt%、Na2O 组分 0.50wt%、其他组分 0wt%、L.0.1 组分 15.00wt%o2.制备方法制备IOKg复相陶瓷耐火材料试样，具体步骤如下:I)配料:利用电子天平，将各种原料及添加剂按照上述的比例混合、搅拌，过20目筛。2)湿磨:采用行星式高能球磨机研磨，料、球、水比例为1:2:1，转速200转/分。3)陈腐:将研磨后的浆料静置24h，让原料和水分层，便于烘干，提高坯体成型性能和坯体强度。
4)烘干:用电热鼓风恒温干燥箱烘干浆料，烘干温度为100±5°C。5)过筛:烘干后的原料进行破碎，过100目筛，使其能够更好成型。6)成型:在过筛后的原料中添加有机黏合剂聚乙烯醇及少量的水，混和均匀使料有一定的可塑性和粘度。将原料用模具半干压成型。7)煅烧:采用电炉在高温下(1510± 10°C )煅烧。8)冷却:煅烧至所需温度，保温4h，断电后自然冷却。3.试样性能表征I)晶相分析试样的XRD分析数据分析结果表明，上述试样形成3种晶相，即刚玉相a _A1203、莫来石固溶体Al459Sih41O9^和钛酸铝相Al2TiO5,其含量分别为23.41wt%、49.96wt%、26.63wt%，其中Al4.Jih41O9.7为主晶相。Al459Sih41Oa7由二步形成，第一步通过固相反应形成带有结构缺陷莫来石Al2O3 SiO2 ;第二步是带有结构缺陷的莫来石Al2O3 SiO2与反应过剩 a-Al2O3 形成置换固溶体 Al4.S9Sih41O9^ 即 C1-Al2O3 中的 Al3+置换 Al2O3*SiO2 中[SiO4]四面体中Si4+形成固溶体。2)晶胞参数表征采用Philips X’ plus软件分析和确定各试样中晶相的晶胞参数及其变化。确定的莫来石固溶体相、刚玉相(a -Al2O3相)和钛酸铝相的晶胞参数分别列于表1、2和3中:表I莫来石相晶胞参数
权利要求
1.一种钛酸铝基质复相陶瓷耐火材料，其特征在于:所述复相陶瓷耐火材料各组分及其含量如下:刚玉50 60wt%、粘土 30 35wt%、二氧化钛10 15wt%。
2.如权利要求1所述的一种钛酸铝基质复相陶瓷耐火材料，其特征在于:所述复相陶瓷耐火材料各组分的含量具体如下:刚玉57wt%、粘土 31wt%、二氧化钛12wt%。
3.如权利要求1或2所述的一种钛酸铝基质复相陶瓷耐火材料，其特征在于:所述刚玉含a -Al2O3量为95 100wt%，所述二氧化钛纯度为95 100%，所述粘土的各组分及其含量分别为=SiO2组分40 54wt%、Al2O3组分30 36wt%、Fe2O3组分0.5 2wt%、K2O组分 0.1 1.0wt%、Na2O 组分 0.5 lwt%、其他组分 0 7wt%、L.0.1 组分 12 15wt%。
4.如权利要求3所述的一种钛酸铝基质复相陶瓷耐火材料，其特征在于:所述刚玉含a -Al2O3量为97.5wt%，所述二氧化钛纯度为98.20%，所述粘土的各组分及其含量分别为:SiO2 组分 47.58wt%、Al2O3 组分 36.00wt%、Fe2O3 组分 0.80wt%、K2O 组分 0.12wt%、Na2O 组分·0.5wt%、其他组分 0wt%、L.0.1 组分 15.00wt%o
全文摘要
本发明提供一种钛酸铝基质复相陶瓷耐火材料，其特征在于所述复相陶瓷耐火材料各组分及其含量如下刚玉50～60wt%、粘土30～35wt%、二氧化钛10～15wt%；所述刚玉含α-Al2O3量为95～100wt%，所述二氧化钛纯度为95～100%，所述粘土的各组分及其含量分别为SiO2组分40～54wt%、Al2O3组分30～36wt%、Fe2O3组分0.5～2wt%、K2O组分0.1～1.0wt%、Na2O组分0.5～1wt%、其他组分0～7wt%、L.O.I组分12～15wt%。本发明该复相陶瓷耐火材料具有强度高、不易变形、热稳定性好以及使用温度高等特点。
文档编号C04B35/66GK103145429SQ20131008106
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月14日 优先权日2013年3月14日
发明者陈捷 申请人:福建工程学院