[发明专利]一种钛酸铝基高温结构复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于陶瓷材料领域，具体涉及一种钛酸铝基高温结构复合材料及其制备方法。

背景技术

本发明是开发一种可用于冶金、汽车、航天等领域的钛酸铝基(Al₂TiO₅-ZrTiO₄)高温结构复合材料。该复合材料是以钛酸铝为主成分，与少量的钛酸锆复合而成，该复合材料具有良好的高溫性能、強度及抗热震性。

钛酸铝(Al₂TiO₅)陶瓷材料具有高的熔点(1860℃)，在室温～1000℃温度范围，钛酸铝具有低的热膨胀系数α(α小于零，或接近于零)，是目前仅有的低膨胀、高熔点的抗热震陶瓷材料。

钛酸铝陶瓷材料具有两个缺点：一是钛酸铝晶体各晶轴的热膨胀差异较大，导致钛酸铝在冷却时产生微裂纹，故而钛酸铝材料的机械强度较低，常温抗折强度低于20MPa；二是高温合成的钛酸铝降温至900℃～1300℃不稳定，分解成金红石(TiO₂)和刚玉(α-Al₂O₃)，而失去了低膨胀特性。在钛酸铝合成配料中引入SiO₂、MgO、ZrO₂、Fe₂O₃等稳定剂，钛酸铝中温分解得到有效抑制，其强度也有所改善。目前，钛酸铝陶瓷材料已应用于齿科不锈钢合金熔炼坩埚、有色金属铝冶炼坩埚、铸铝升液管、浮法玻璃流液闸板、汽车尾气净化器载体等。引入稳定剂的钛酸铝材料其强度虽有所提高(常温抗折强度30MPa左右)，但仍属较低强度陶瓷材料，限制了钛酸铝材料在钢铁冶金、航天等领域的进一步应用。

钛酸锆(ZrTiO₄)为不一致熔化合物，转熔温度为1900℃。钛酸锆具有高强度、低介电损耗、及良好的温度稳定性，是制备电容器、压电传感器以及微波介电谐振器的重要电子陶瓷材料。然而钛酸锆材料优良的耐高温性能在高温结构材料领域中并未获得关注，国内外尚未见有钛酸锆用于高温结构材料方面的研究与应用报道。

将钛酸铝材料与钛酸锆材料复合，利用钛酸铝的耐高温、低膨胀特性，以及钛酸锆材料的耐高温、高强度特性，制备一种耐高温、抗热震优良、強度较高的钛酸铝基(Al₂TiO₅-ZrTiO₄)高温结构复合材料，为钢铁及有色冶金、航天等工业领域提供一种新型高温结构材料。此方面的的研究与应用在国内外尚未见报道。

发明内容

本发明的发明目的在于上述现有技术中的不足，提供一种耐高温、抗热震优良、強度较高的钛酸铝基高温结构材料及其制备方法。

一种钛酸铝基高温结构复合材料，其特征在于该复合材料所用原料以及原料的重量百分比为：钛酸铝粉90～98％；钛酸锆粉2～10％。

该复合材料所用原料的粒径<0.074mm。

该复合材料所用原料纯度的重量百分比含量为：钛酸铝粉中的Al₂TiO₅≥90％；钛酸锆粉中的ZrTiO₄≥90％。

该复合材料的制备方法是：将钛酸铝粉及钛酸锆粉计量配料后干混1分钟，然后加入质量浓度为0.5％的聚乙烯醇溶液结合剂6％(重量百分比)，搅拌5min后静置困料5h获得成型坯料；经压力成型、烧结得到钛酸铝基高温结构复合材料。

该复合材料的成型方法是：采用液压压力机或摩擦压力机对坯料进行压制成型，成型压强为70～100MPa。该复合材料的成型方法还包括：等静压成型、热压铸成型、注浆成型、辊压成型、真空挤压成型或凝胶注模成型。

该复合材料的烧结方法是：采用电炉烧结的温度≥1500℃，保温3小时。该复合材料的烧结方法还包括：热压烧结、高温真空烧结或高温氮气烧结。

本发明的钛酸铝基高温结构复合材料的组成与结构的设计思路为：