[发明专利]钛酸铝陶瓷前体料和钛酸铝致密陶瓷及其制造方法

说明书

本发明公开了钛酸铝陶瓷前体料和钛酸铝陶瓷及其制造方法。所述钛酸铝陶瓷前体料是由包含内核相和外壳相的核壳结构颗粒构成，其中内核相是氧化钛和氧化铝，外壳相是氧化硅。所述氧化钛、氧化铝和氧化硅的质量百分含量分别为：39~47%、51~60%和0.5~13%。将钛酸铝陶瓷前体料通过等静压或模压成形得到生坯体；将生坯体进行烧制，得到钛酸铝致密陶瓷。本发明的钛酸铝陶瓷制备步骤简单、成本低、制备过程三废排放少，并且制备得到的钛酸铝陶瓷致密性好、抗热震性高、抗弯强度高。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料技术领域，尤其涉及钛酸铝陶瓷前体料和钛酸铝致密陶瓷及其制造方法。

背景技术

钛酸铝陶瓷具有高熔点和低热膨胀系数的特点，在高温耐热震领域具有重要的应用。目前工业上生产钛酸铝陶瓷制品主要通过两步法进行，即以氧化钛、氧化铝为原料，加入一定的添加剂后在高温下先合成钛酸铝熟料，然后再以钛酸铝熟料制坯并经过高温烧结获得钛酸铝陶瓷。例如，中国专利（CN 104528817 B）公开了一种钛酸铝粉体的制备方法，就是以氧化铝和钛白粉为原料，添加氧化镁、氧化铈、氧化铁、碳酸锶等添加剂，经过两次高温煅烧（1100-1350℃和1350-1450℃）并进一步破碎后得到钛酸铝粉体。该专利涉及的正是钛酸铝熟料粉体的制备，虽未涉及钛酸铝致密陶瓷制造，但从其复杂的熟料粉体制备工艺可以看出，获得优异的钛酸铝陶瓷熟料是工业上制造钛酸铝致密陶瓷的关键步骤。工业上之所以采用两步法，是因为氧化钛和氧化铝高温反应生成钛酸铝的过程会发生体积膨胀。如果直接以氧化钛和氧化铝为原料制坯，在后续的烧结过程中会因体积效应而导致所烧制的陶瓷富含大的裂纹，失去机械强度和致密性。可以看出，两步法制造钛酸铝陶瓷不但能耗高而且工艺步骤多，属于高耗能、高耗时的双高工艺。申请号为201811082894.8的专利公开了一种氮化物改性钛酸铝陶瓷原料的制备方法，将氧化铝粉、钛白粉、氧化锆、碳酸镁和烧结助剂混合，搅拌制备成陶瓷粉料，将陶瓷粉料加入到水中，搅拌后形成钛酸铝陶瓷料浆；将氮化硅球加入到球磨机，水作为球磨介质，球磨制得氮化硅粉料；在钛酸铝陶瓷料浆中，加入氮化物粉料形成改性料浆，将改性料浆烘干，形成改性粉料，在改性粉料中加入聚乙烯醇粘结剂，充分混合均匀，制成改性钛酸铝陶瓷原料。该专利主要原料较多，还需要加入氮化硅在450℃下烘干形成改性粉料，制备工艺复杂。

因此，从产业发展趋势看，钛酸铝致密陶瓷制造工艺尚需要在节能、降排、提高生产效率、降低生产成本等方面进行突破。因此，如能通过一步法，即用氧化钛和氧化铝为基础原料，直接制造钛酸铝致密陶瓷将具有重要的产业应用价值。但现有公开的一步法制备钛酸铝陶瓷，即直接用氧化钛和氧化铝为原料而不是用钛酸铝熟料来制备钛酸铝陶瓷，所得陶瓷的机械性能及抗热震性能与当前工业上通过两步法制造的钛酸铝陶瓷尚有明显的差距，主要缺点表现为内部晶畴大、热震环境下极易产生大裂纹而失去机械强度和致密性，导致其无法应用于实际生产。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供钛酸铝陶瓷前体料和钛酸铝致密陶瓷及其制造方法，使得钛酸铝陶瓷制备步骤简单、成本低、制备过程中三废排放少，并且制备得到的钛酸铝陶瓷致密性好、抗热震性高、热膨胀系数小且抗弯强度高。

本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明的第一方面，提供一种钛酸铝陶瓷前体料，其颗粒微观结构上是由内核相和外壳相构成的，其中内核相是氧化钛和氧化铝，外壳相是氧化硅。

优选的，所述钛酸铝陶瓷前体料中的氧化钛、氧化铝和氧化硅包括以下质量百分数的原料：

氧化钛39~47%，氧化铝51~60%，氧化硅0.5~13%。

优选的，所述氧化钛具有80%的颗粒尺寸小于或等于750 nm、中值粒度小于或等于600 nm的粒度分布；所述氧化铝具有80%的颗粒尺寸小于或等于700 nm 的粒度分布、中值粒度小于或等于600 nm的粒度分布。

本发明的第二方面，提供上述钛酸铝陶瓷前体料的制备方法：