技术领域本发明涉及陶瓷领域，尤其涉及一种陶瓷材料及其制备方法。
背景技术：
随着现代工业和科技的快速发展，对同时具有优良的耐高温和抗热震性陶瓷材料的需求愈来愈迫切。作为目前已知的低热膨胀材料中耐高温性能最好的一种结构陶瓷材料——钛酸铝(Al2Ti05，简称AT)，因其具有高熔点(1860℃)、低热膨胀系数[Kα20～1000℃＝(0.5～1.5)×10-6℃-1]、良好的抗热冲击性能、耐蚀、耐碱的优异性能，以及价格比较低廉而倍受关注。浙江大学周林平等人在《钛酸铝材料综述》中认为，钛酸铝为假板钛矿结构族化合物，属正交晶系，其晶体在不同方向上的热膨胀系数显著不同，因此在烧成冷却后，由于内部应力过大，在内部产生大量的微裂纹。在钛酸铝晶体结构中，每个铝离子和钛离子被形成八面体的六个氧原子所包围而位于八面体的中心，这些TiO6或AlO6在a轴、b轴方向上，以共用边相连，在C轴方向上，3个八面体的顶点相连形成连续的链，各链条在空间无限延伸，相互交叉联结，形成空间网状结构。这种空间网状结构在宏观上表现出较低的热膨胀系数，但同时也使烧结体的强度大大降低，阻碍了钛酸铝陶瓷的广泛应用。同时钛酸铝在750～1300℃温度范围内，易分解成金红石相和刚玉相，造成其局部内应力集中与热膨胀系数增大，而失去其优良的抗热震性。这两大缺点使钛酸铝的工业化生产和应用开发难度较大。钛酸铝陶瓷之所以具有较低的热膨胀系数是因为微裂纹的存在使其在受热过程中表现出热滞后现象。钛酸铝在加热过程中，初始阶段由于晶粒内部存在微裂纹，在a、b轴方向上，由晶格质点振动引起的热膨胀被微裂纹抵消，因而a、b方向上的高膨胀没有表现出来，材料的膨胀宏观上表现为c轴方向上的低膨胀，这一阶段为微裂纹的弥合阶段，材料并不显示明显的热膨胀。随着温度的升高，当材料内部所有的微裂纹都弥合起来时(约700℃)，高的热膨胀开始起作用；但此时由于材料中晶粒与晶粒之间的作用力增强，材料内部晶粒发生颗粒重排(850—950℃)，使晶粒间的结合趋于紧密。材料的膨胀为这两种作用的叠加，其结果表现为材料在这一温度区间有一个反常的负膨胀。温度继续升高，材料的颗粒重排完成时，高膨胀起主导作用，材料的膨胀表现为三个轴上膨胀的平均值：(αa+αb+αc)/3＝9.5×10-6℃-1。在冷却过程的初始阶段，由于材料仍处于高温阶段，材料有一定的形变能力，冷却过程中产生的热应力还不足使弥合的微裂纹开裂，因而，此时材料表现出很大的收缩；随着温度的下降，材料的形变能力下降，同时，热应力相应增加。到一定程度时，热应力的作用使得材料内部又开始出现微裂纹，这些微裂纹使晶体表现出体积膨胀，从而热膨胀曲线上表现出随温度降低，材料开始发生膨胀的趋势。随着粉末制备技术的发展，AT粉末合成方法很多，归纳起来可以分为3类：固相法、金属或金属醇盐水解物的液相法和化学气相法。但是对于钛酸铝蜂窝陶瓷的制备多数研究者都是用氧化铝加氧化钛，在添加一定稳定剂的情况下烧结得到。专利WO2005/018776公开了一种通过添加1～10wt％的碱性长石、含Mg尖晶石结构型的氧化物或MgO或通过烧结转化成MgO的含Mg化合物的原料混合进行烧结而形成的烧结体。美国专利US2010/0230870A1公布了一种通过添加钙长石和锶长石来稳定钛酸铝的方法，混合烧结后可得到具有低热膨胀系数的钛酸铝蜂窝陶瓷；以上专利都是通过调整添加剂的种类、比例来解决钛酸铝烧结体热分解和低机械强度的问题，但是以上专利存在一些不足:使用的碱金属长石会降低钛酸铝的软化温度，增大其热膨胀系数，烧结温度高，能耗高。
技术实现要素：
本发明目的在于提供一种钛酸铝蜂窝陶瓷材料及其制备方法，能够制备出具有蜂窝状结构、低热膨胀系数、较好机械强度以及适宜的孔隙率的钛酸铝烧结体。为实现上述目的，本发明提供的钛酸铝蜂窝陶瓷材料，包括，氧化铝、氧化钛、钛酸铝粉、稳定剂、分散剂、挤压助剂、塑性剂、造孔剂，以及水；所述稳定剂进一步包括，滑石、二氧化硅和含钡化合物；以除水、塑性剂、分散剂、造孔剂、挤压助剂外的主要原料为100wt％计，所述氧化铝为45-60wt％，所述氧化钛为35-45wt％，所述滑石0.5-7.5wt％，所述氧化硅0.5-4wt％，所述含钡化合物0-7wt％，所述钛酸铝粉0-10wt％；有机原料百分比为占所有无机原料总量的比重，所述分散剂为0-5wt％，所述挤压助剂为0-10wt％，所述塑性剂为0-5wt％，所述造孔剂为0-65wt％。进一步地，所述分散剂为油酸或/和月桂酸钾。进一步地，所述挤压助剂为油酸、月桂酸钾、甘油、亚麻油和菜籽油中的一种或多种。进一步地，所述塑性剂为纤维素、聚乙二醇、聚乙烯醇、面粉的一种或多种。进一步地，所述造孔剂为石墨、纤维素、土豆粉、淀粉、木粉、面粉、石蜡、PMMA、碳粉的一种或多种。更进一步地，所述含钡化合物为碳酸钡、钛酸钡或氧化钡一种或多种。为实现上述目的，本发明提供的钛酸铝蜂窝陶瓷材料制备方法，包括以下步骤：1)按照比例称取氧化铝、滑石粉，滴加分散剂搅拌均匀；2)加入按照比例称取的氧化钛，含钡化合物，二氧化硅；3)加入按照比例称取的塑性剂、造孔剂充分搅拌；4)加入按照比例称取的纯水和挤压助剂充分搅拌；5)将所述泥料练泥、除杂，挤压成型得到蜂窝陶瓷坯体；6)对所述蜂窝陶瓷坯体进行干燥后烧结，得到钛酸铝蜂窝陶瓷最终制品。进一步地，所述分散剂为油酸或/和月桂酸钾；所述挤压助剂为油酸、月桂酸钾、甘油、亚麻油和菜籽油中的一种或多种；所述塑性剂为纤维素、聚乙二醇、聚乙烯醇、面粉的一种或多种；所述造孔剂为石墨、纤维素、土豆粉、淀粉、木粉、面粉、石蜡、PMMA、碳粉的一种或多种。更进一步地，步骤6)所述的烧结进一步包括以下步骤：以小于1℃/min的速率从室温升到100～180℃；以小于1.5℃/min的速率升温到600～1000℃，保温1～10h；以小于1.5℃/min的速率升温至1300～1550℃，保温2～12h；以小于3.5℃/min的速率降温至600～1200℃，停止加热，随炉冷却。为实现上述目的，本发明提供的采用权利要求7-9任一项所述的制备方法制备的钛酸铝蜂窝陶瓷，其热膨胀系数：室温到800℃为-0.5×10-6℃-1～2×10-8℃-1；室温到1000℃为-0.9×10-6℃-1～0.5×10-6℃-1；其孔的直径为1～30μm，孔壁厚度为50～300μm，孔隙率为20～75％，孔道方向抗压强度大于15Mpa，垂直于孔道方向抗压强度为1.6～8Mpa。本发明的钛酸铝蜂窝陶瓷材料，具有成本经济、工艺简单等优点，解决了由于微裂纹引起的钛酸铝蜂窝陶瓷机械强度降低以及由于1200℃钛酸铝分解而导致热膨胀系数增大的问题，同时通过对泥料可塑性的优化调整能够挤压出大尺寸高目数的薄壁蜂窝陶瓷。本发明最终制备的钛酸铝蜂窝陶瓷，孔壁厚度为50～300μm，造孔剂成孔80％以上的孔直径分布在1～30μm范围，孔隙率为20～75％，孔道方向抗压强度大于15Mpa，垂直于孔道方向抗压强度为1.6～8Mpa。其热膨胀系数：室温到800℃为-0.5～0.5×10-6℃-1，在条件控制恰当的情况下，可以达到-2～2×10-8℃-1。室温到1000℃为-0.9～0.9×10-6℃-1，在条件控制恰当的情况下，可以达到-0.5～0.5×10-6℃-1。本发明使用滑石、二氧化硅、含钡化合物来稳定钛酸铝，使其能够在不影响其低热膨胀系数的同时，减少降温至1200℃时的热分解。通过本发明所提供的方法能够得到具有室温至800℃的近零膨胀的钛酸铝蜂窝陶瓷，所制备的钛酸铝蜂窝陶瓷的强度能够满足作为发动机尾气净化用蜂窝陶瓷的强度需求。附图说明图1为根据本发明的钛酸铝蜂窝陶瓷材料制备方法流程图；图2为根据本发明的钛酸铝蜂窝陶瓷材料室温至800℃时的热膨胀曲线图；图3为根据本发明的钛酸铝蜂窝陶瓷材料室温至1000℃时的热膨胀系数曲线图；图4为根据本发明的钛酸铝蜂窝陶瓷材料的XRD图谱；图5为根据本发明的钛酸铝蜂窝陶瓷材料1500倍放大倍数的扫描电镜图；图6为根据本发明的钛酸铝蜂窝陶瓷材料的5000倍放大倍数的扫描电镜图。具体实施方式以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。在实施例中，百分比均为质量百分比。本发明的钛酸铝蜂窝陶瓷材料，原料组分包括，氧化铝，钛酸铝粉，氧化钛，稳定剂，润滑剂，挤压助剂，塑性剂，造孔剂，水；所使用的固体原料的粒度为200目以上；原料中氧化铝为工业级，其纯度≥99％，比例为45～60wt％；原料中钛酸铝粉比例小于10wt％；原料中氧化钛为工业级，其纯度≥99％，比例为35～45wt％；原料中稳定剂是指减少钛酸铝高温热分解，增加其机械强度，改善其热膨胀系数的物质。以除水、塑性剂、分散剂、造孔剂、挤压助剂外的主要原料为100wt％计，其他原料百分比为占主要原料总量的比重，分散剂为0-5wt％，挤压助剂为0-10wt％，塑性剂为0-5wt％，造孔剂为0-65wt％。本发明所用稳定剂主要为滑石、二氧化硅、含钡化合物，其中滑石比例为0.5～7.5wt％；二氧化硅比例为0.5～4wt％；含钡化合物是指碳酸钡、钛酸钡或能转化成相应氧化钡含量的含钡化合物或氧化钡，对应氧化钡的比例小于6wt％；原料中的分散剂是指油酸、月桂酸钾等两亲化合物可以使原料分散混合更均匀的物质；原料中的挤压助剂是指油酸、月桂酸钾、甘油、亚麻油、菜籽油等可以改善泥料润滑性的物质；原料中的塑性剂是指纤维素、聚乙二醇、聚乙烯醇、面粉等改善泥料可塑性的物质；原料中的造孔剂是指石墨、纤维素、土豆粉、淀粉、木粉、面粉、石蜡、PMMA、碳粉等可以使陶瓷在烧结过程中产生孔洞的物质；原料中的水是指一次以上的蒸馏水或电阻率大于15MΩ的去离子水；表1为实施例1～27的具体原料中类和相应配比(以除水、塑性剂、分散剂、造孔剂、挤压助剂外的主要原料为100wt％计，其他原料百分比为占主要原料总量的比重)：表1实施例1～27的具体原料的比例图1为根据本发明的钛酸铝蜂窝陶瓷材料制备方法流程图，下面将参考图1，对本发明的钛酸铝蜂窝陶瓷材料制备方法进行详细描述。首先，在步骤101，按照比例称取氧化铝、滑石粉混合充分搅拌；在步骤102，按照比例称取氧化钛，含钡化合物，二氧化硅，并加入到步骤101所得的混合物中；在步骤103，按照比例称取纤维素，并加入到步骤102所得的混合物中；在步骤104，在步骤103所得混合物中加入按照比例称取的纯水搅拌，加入按照比例称取的月桂酸钾搅拌，加入按照比例称取的亚麻油搅拌，得到具有较好可塑性的泥料；在步骤105：将步骤104得到的泥料放入到真空练泥机中真空练泥并且除杂两次后；用挤压机进行挤压成型，得到蜂窝陶瓷坯体；在步骤106：将挤压成型的陶瓷坯体使用微波进行干燥，得到干燥的陶瓷坯体；在步骤107：将干燥好的蜂窝陶瓷坯体放入烧结设备中进行烧结；在步骤108：出炉得到钛酸铝蜂窝陶瓷最终制品。本发明的钛酸铝蜂窝陶瓷的制备方法，步骤107烧结过程的温度设置及升温速率为：以小于1℃/min的速率从室温升到100～180℃；以小于1.5℃/min的速率升温到600～1000℃，保温1～10h；以小于1.5℃/min的速率升温至1300～1550℃，保温2～12h；以小于3.5℃/min的速率降温至600～1200℃，停止加热，随炉冷却。优选地，烧结过程为：1、以0.5℃/min的升温速率从室温升到150℃；2、以0.6/min的升温速率上升到600℃；3、以0.8℃/min升至850℃，保温4h；4、以0.6℃/min升至1450℃，保温6h；5、降温至800℃，最后随炉冷却。本发明所制备的钛酸铝陶瓷为具有蜂窝状的多孔烧结体，室温到800℃时，热膨胀系数为-0.5～0.5×10-6℃-1，优选地，可以达到-2～2×10-8℃-1；室温到1000℃时，热膨胀系数为-0.9～0.9×10-6℃-1，优选地，可以达到-0.5～0.5×10-6℃-1。(3.8～186)孔/cm2(25～1200CPSI)，优选地，62孔/cm2；孔壁厚度约为50～300μm，优选地，孔壁厚度150μm；80％以上的孔直径分布在1～30μm范围，孔隙率为20～75％，优选为孔隙率为30％；孔道方向抗压强度为大于15Mpa，垂直于孔道方向抗压强度为1.6～8Mpa，优选位7MPa。图2为根据本发明的钛酸铝蜂窝陶瓷材料室温至800℃时的热膨胀曲线图，如图2所示，C1～C7为室温-800℃的热膨胀曲线，对应热膨胀系数为C1：1.0224×10-6℃-1，C2：0.1385×10-6℃-1，C3：0.0879×10-6℃-1，C4：0.0238×10-6℃-1，C5：-0.0411×10-6℃-1，C6：-0.3046×10-6℃-1，C7：-0.6267×10-6℃-1。图3为根据本发明的钛酸铝蜂窝陶瓷材料室温至1000℃时的热膨胀系数曲线图，如图3所示，A1、A2、B3、B4室温至1000℃热膨胀曲线，对应热膨胀系数为A1：0.6978×10-6℃-1，A2：0.5944×10-6℃-1，B1：0.2598×10-6℃-1，B2：-0.1781×10-6℃-1。图4为根据本发明的钛酸铝蜂窝陶瓷材料的XRD图谱，如图4所示，1～12为钛酸铝对应的衍射峰，13、14为氧化铝的衍射峰。从附图4可以看出主要为钛酸铝相及少量氧化铝相。原料中的滑石、氧化硅、含钡化合物的一种或多种作为稳定剂，烧结后可能以氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化钡等多种氧化物的复合物结构来稳定钛酸铝的网络结构。图5为根据本发明的钛酸铝蜂窝陶瓷材料1500倍放大倍数的扫描电镜图，图6为根据本发明的钛酸铝蜂窝陶瓷材料的5000倍放大倍数的扫描电镜图，从图5和6可以看出，80％以上的孔直径分布在1～30μm范围内。本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。