[发明专利]高强度钛酸铝陶瓷

说明书

技术领域

本发明属于钛酸铝陶瓷领域，尤其是一种高强度钛酸铝陶瓷。

背景技术

随着工业的发展，对耐高温、抗热震优良的材料需求越来越迫切。抗热震性主要取决于材料的热膨胀系数、机械性能、杨氏模量和导热性。因为热膨胀系数接近于零的材料在温度变化时，其内部产生的热应力最小。

钛酸铝陶瓷作为一种新型的陶瓷材料，具有接近于零的热膨胀系数、低的导热系数、高熔点、抗热震性和抗热冲击性能优越等特性，是目前低膨胀材料中耐高温性能最好的一种。但钛酸铝材料有两大致命的弱点：一是钛酸铝热膨胀的各向异性造成材料内部出现大量的微裂纹，使其强度降低。二是在750℃-1280℃的温度范围内，钛酸铝易分解成氧化铝和二氧化钛，造成材料内部应力集中，使材料的热膨胀率升高。

要想使钛酸铝陶瓷得到实际应用，首先就必须提高其强度，抑制其分解。解决这一问题的常用而又行之有效的方法之一就是在钛酸铝中加入添加剂。添加剂的作用机理可归纳为三点：一是与钛酸铝固溶，使钛酸铝晶格常熟增大，减弱了钛酸铝晶体热膨胀系数的各向异性程度，从而晶界裂纹减少，烧结体强度提高；二与钛酸铝形成低共熔物，以液相烧结机制促进烧结，提高强度；三是在钛酸铝晶界处生成第二相，从而抑制钛酸铝晶体的生长，达到提高强度的目的。钛酸铝材料热膨胀系数的变化是关系到它能否作为一种优良的抗热震性、耐高温材料的关键问题。

因此研究出一种可以有效提高的机械强度，抑制钛酸铝分解，不会使其恶化热膨胀的钛酸铝陶瓷是非常必要的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以有效的提高材料的机械强度，抑制钛酸铝分解，不会使其恶化热膨胀高强度钛酸铝陶瓷。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种高强度钛酸铝陶瓷，其特征在于：包括钛酸铝(Al₂TiO₅)和莫来石(Al₂O₃.SiO₂)，各组分的重量百分比分别为：

钛酸铝：30～50；

莫来石：50～70。

而且，所述的高强度钛酸铝陶瓷内可含有添加剂。

而且，所述的添加剂为SiO₂和MgO。

而且，所述的SiO₂的重量百分比为12～14，MgO的重量百分比为2～4。

本发明的优点和有益效果为：

1.莫来石的量是影响抑制分解效果的重要因素，随着莫来石量的增加，抑制分解效果增强。莫来石能有效的抑制钛酸铝的分解的原因在于添加莫来石之后，在莫来石-钛酸铝晶界上生成了部分固溶体，细小的莫来石晶粒包围在钛酸铝晶体的周围，从而在烧结过程中由于热膨胀的差异而产生对钛酸铝晶粒的巨大压应力，起到抑制晶格畸变、稳定晶格的作用。

2.高温烧结时，莫来石中的SiO₂成分扩散到钛酸铝晶格中，也能抑制钛酸铝的分解。随着莫来石的增加，晶格畸变程度也减小，原有的Al³⁺和Ti⁴⁺的热震动受到限制，束缚力增强，使钛酸铝不易受热畸变，分解困难而热稳定性提高。

3.当莫来石含量在30％时，主晶相钛酸铝连成骨架整体，而莫来石晶体则分布其中，起着钉扎作用，阻止了钛酸铝晶体的发育和长大。结果导致钛酸铝晶体生长时受到阻挡，晶格畸变程度减小，反映在抗热分解性上表现为热稳定性的提高。

4.本发明在钛酸铝陶瓷中加入一定量的莫来石，可以有效的提高材料的机械强度，抑制钛酸铝分解，不会使其恶化热膨胀，并且具有优良的耐高温、抗热震性能，因此使钛酸铝陶瓷得到实际应用，使其能够被广泛应用到工业生产中。

具体实施方式

下面通过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。

实施例1

高强度钛酸铝陶瓷，包括钛酸铝(Al₂TiO₅)和莫来石(Al₂O₃.SiO₂)，各组分的重量百分比分别为：

钛酸铝：30％

莫来石：70％

实施例2

高强度钛酸铝陶瓷，包括钛酸铝(Al₂TiO₅)和莫来石(Al₂O₃.SiO₂)，各组分的重量百分比分别为：

钛酸铝：40％

莫来石：60％