專利名稱：一種改性鈦酸鋁材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無機材料改性技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種制備強度高、熱穩(wěn)定性好的鈦酸鋁材料的方法。
背景技術(shù)：
鈦酸鋁陶瓷材料是一種集高熔點(1860℃)、低膨脹(0.5～1.5×10-6/℃)于一身的優(yōu)異無機材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。但該材料也存在著兩大致命弱點一是晶體在各個晶軸方向上膨脹系數(shù)差異很大，在冷卻時產(chǎn)生大量微裂紋，導(dǎo)致機械強度很低；其二是在800～1280℃區(qū)間內(nèi)易分解成金紅石和剛玉相，失去了鈦酸鋁的優(yōu)良性能，因此大大限制了鈦酸鋁材料的實際應(yīng)用。國內(nèi)外在上世紀70年代就已經(jīng)開始研究鈦酸鋁材料制備和改性，針對其在800℃～1280℃之間易分解和難以致密燒結(jié)兩大難題做了大量的研究工作，取得了很大的進展。如通過引入氧化鐵、氧化鎂、二氧化硅、氧化釔、氧化鑭等添加劑來穩(wěn)定鈦酸鋁的晶格，從而達到提高鈦酸鋁穩(wěn)定性的目的；引入高嶺、鋰輝石、二氧化硅來改善鈦酸鋁的燒結(jié)性能，促進鈦酸鋁材料的致密化。也有人研究通過引入第二相來改善鈦酸鋁的性能，如制備鈦酸鋁和莫來石復(fù)相陶瓷，添加二氧化鋯來增強鈦酸鋁陶瓷等。然而，由于已有的研究主要集中在利用固相法摻雜改性鈦酸鋁陶瓷，往往達不到預(yù)想的效果。而且所開展的研究要么是主要針對提高鈦酸鋁的強度，要么是注重改善鈦酸鋁的熱穩(wěn)定性，未見有將上述二方面結(jié)合起來研究的成果報導(dǎo)，即很少研究在保持鈦酸鋁低膨脹性的前提下，同時提高鈦酸鋁的機械強度和熱穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種改性鈦酸鋁材料的制備方法。采用該方法所制備的鈦酸鋁材料在保持鈦酸鋁低膨脹性的前提下，其機械強度和熱穩(wěn)定性都得到顯著提高。克服了固相法引入添加劑改性效果不理想的缺點，使鈦酸鋁成為一種實用化的材料。
為實現(xiàn)發(fā)明目的，本發(fā)明的一種改性鈦酸鋁材料的制備方法依次包括(1)以四氯化鈦(TiCl4)和硝酸鋁(Al(NO3)3·9H2O)為前驅(qū)體，將它們?nèi)苡跓o水低碳醇中，得到兩者的混合醇溶液A；(2)在劇烈攪拌下，以混合醇溶液A為基準，將0.5～3wt％甘油或/和分子量為600～10000的聚乙二醇加入混合醇溶液A中，得到混合液B；(3)以四氯化鈦(TiCl4)的摩爾數(shù)為基準，將復(fù)合穩(wěn)定劑(12mol％Mg(NO3)2·6H2O和8mol％Fe(NO3)3·9H2O)以及6～10mol％增強劑(ZrOCl2·8H2O或/和Y(NO3)3·9H2O)加入到混合液B中，攪拌均勻得到混合液C；(4)將混合液C在60～90℃的條件下加熱、回流，產(chǎn)生水解、縮聚反應(yīng)，形成凝膠D，(5)將凝膠D干燥、研磨、低溫煅燒、壓制成型、燒結(jié)即可得到本發(fā)明的改性鈦酸鋁材料。
所述的無水低碳醇是指甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、正丁醇的一種或一種以上的混合物。
所述的前驅(qū)體與無水低碳醇的最佳配比是前驅(qū)體與無水低碳醇的摩爾比為1∶10～25，其中，TiCl4與Al(NO3)3·9H2O的摩爾比為1∶2。
所述的干燥處理的最佳溫度范圍是60～85℃，最佳低溫煅燒制度是在400～500℃下煅燒15～30min，燒結(jié)最好是在1380～1450℃下進行，并保溫1～2h。
本發(fā)明通過在四氯化鈦和硝酸鋁混合醇溶液中同時引入增強劑和穩(wěn)定劑，使鈦酸鋁的合成與改性一步完成，改性后鈦酸鋁強度大于50MPa，并且具有很好的熱穩(wěn)定性和低膨脹性能，解決了困擾鈦酸鋁材料實際應(yīng)用的兩大難題。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖；圖2顯示了在鈦酸鋁分解最為劇烈的1100℃下實施例1～3合成的改性鈦酸鋁材料的膨脹系數(shù)隨保溫時間變化的規(guī)律，圖中還列出了分別用固相法和本方法合成的未改性鈦酸鋁材料的膨脹系數(shù)隨保溫時間變化的趨勢，以資比較。
具體實施例方式
實施例1將0.036molAl(NO3)3·9H2O(分析純)、0.018molTiCl4(化學(xué)純)的前驅(qū)體原料，溶解于0.735mol無水C2H5OH(分析純)，得到四氯化鈦和硝酸鋁的混合醇溶液A，在劇烈攪拌下，將1.5wt％甘油(分析純)加入其中，得到混合液B，將10mol％增強劑ZrOCl2·8H2O(化學(xué)純)與復(fù)合穩(wěn)定劑Mg(NO3)2·6H2O(12mol％，化學(xué)純)和Fe(NO3)3·9H2O(8mol％，化學(xué)純)加入到混合液B中，攪拌均勻得到混合液C，置于70℃的水浴中進行加熱、回流，使之發(fā)生水解縮聚反應(yīng)，形成凝膠D。然后經(jīng)65℃干燥形成干凝膠E，研磨然后在450℃下低溫煅燒25min，得到改性鈦酸鋁前驅(qū)體粉末F，將2wt％的PVA作為粘結(jié)劑與改性鈦酸鋁前驅(qū)體粉末F混合，壓制成型，干燥后在1400℃下燒結(jié)，保溫1.5h，得到本發(fā)明的改性鈦酸鋁材料。
實施例2將實施例1中10mol％增強劑ZrOCl2·8H2O(化學(xué)純)改為6mol％增強劑Y(NO3)3·9H2O(化學(xué)純)，其它條件不變，得到改性鈦酸鋁材料。
實施例3將實施例1中10mol％增強劑ZrOCl2·8H2O(化學(xué)純)改為6mol％ZrOCl2·8H2O(化學(xué)純)和3mol％Y(NO3)3·9H2O(化學(xué)純)的復(fù)合，其它條件不變，得到改性鈦酸鋁材料。
圖2中固相法和本方法所制備的粉體系指未加改性劑條件下合成的鈦酸鋁粉體，固相法合成鈦酸鋁粉體的燒結(jié)溫度為1520℃，保溫時間為4h，本方法合成鈦酸鋁粉體的燒結(jié)溫度為1420℃，保溫時間為2h。從圖2中可以看出，實施例1～3合成的改性鈦酸鋁材料的膨脹系數(shù)隨保溫時間延長增幅很小，與固相法和本方法合成的未改性鈦酸鋁材料相比，改性后的鈦酸鋁材料熱穩(wěn)定性大大提高。改性鈦酸鋁材料的抗折強度、吸水率以及熱膨脹系數(shù)數(shù)據(jù)列于表1，為便于比較，表1中給出了分別用固相法和本方法合成的未改性鈦酸鋁材料的相應(yīng)數(shù)據(jù)。
表1鈦酸鋁材料的抗折強度、吸水率以及熱膨脹系數(shù)的測試結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種改性鈦酸鋁材料的制備方法依次包括(1)以四氯化鈦(TiCl4)和硝酸鋁(Al(NO3)3·9H2O)為前驅(qū)體，將它們?nèi)苡跓o水低碳醇中，得到兩者的混合醇溶液A；(2)在劇烈攪拌下，以混合醇溶液A為基準，將0.5～3wt％甘油或/和分子量為600～10000的聚乙二醇加入混合醇溶液A中，得到混合液B；(3)以四氯化鈦(TiCl4)的摩爾數(shù)為基準，將12mol％Mg(NO3)2·6H2O和8mol％Fe(NO3)3·9H2O以及6～10mol％ZrOCl2·8H2O或/和Y(NO3)3·9H2O加入到混合液B中，攪拌均勻得到混合液C；(4)將混合液C在60～90℃的條件下加熱、回流，產(chǎn)生水解、縮聚反應(yīng)，形成凝膠D，(5)將凝膠D干燥、研磨、低溫煅燒、壓制成型、燒結(jié)即可得到本發(fā)明的改性鈦酸鋁材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的所述的無水低碳醇是甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、正丁醇的一種或一種以上的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的所述的前驅(qū)體與無水低碳醇的摩爾比為1∶10～25，其中，TiCl4與Al(NO3)3·9H2O的摩爾比為1∶2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的干燥處理的溫度是60～85℃，低溫煅燒制度是在400～500℃下煅燒15～30min，燒結(jié)溫度是在1380～1450℃進行，保溫1～2h。
全文摘要
本發(fā)明公開一種改性鈦酸鋁材料的制備方法。該方法以四氯化鈦和硝酸鋁為前驅(qū)體原料，溶于無水低碳醇中形成混合液，在劇烈攪拌下，將復(fù)合穩(wěn)定劑以及增強劑加入到混合液中，配制成混合醇溶液，然后通過加熱水解溶膠—凝膠法得到改性鈦酸鋁材料，實現(xiàn)了鈦酸鋁的合成與改性一步完成，在保持鈦酸鋁低膨脹性能的前提下，顯著提高了鈦酸鋁的機械強度與抗熱分解能力。該方法具有操作簡單、周期短、成本低的特點。
文檔編號C01F7/00GK1803629SQ20061000531
公開日2006年7月19日 申請日期2006年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月12日
發(fā)明者江偉輝, 劉建軍, 魏恒勇, 周健兒, 顧幸勇, 朱小平 申請人:景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院