碳酸铝合成耐火材料的性能应用与制作办法,由耐火砖厂家分享整理。
1.钛酸铝耐火材料概述:
Al2O3-TiO2合成耐火材料中钛酸钙是重要的高温相钛酸铝材料具有低膨胀性、高熔点和低热导率等性质,被广泛地应用在有色、钢铁、玻璃、陶瓷等领域。
然而作为一种高温性能良好的结构材料,钛酸铝材料通常是由固相反应制备而成,固相反应冷却过程中,在800~1300℃的分解行为往往对钛酸铝材料的制备带来一定困难,国内外科研人员关于抑制钛酸铝材料分解行为,提高钛酸铝材料的稳定性进行了大量的研究工作。
然而用于固相反应制备钛酸铝材料的原料成本也是限制了钛酸铝材料广泛应用的重要因素,因此寻找既能适合于固相反应制备钛酸铝材料,又能抑制钛酸铝材料的分解作用的原料,对于推动钛酸铝材料的更广泛应用具有重要作用。
钛酸铝(Aluminium titanate),简写AT,分子式为Al2TiO5,分子量为181.83,熔点为1860℃。钛酸铝属斜方晶系,平均热膨胀系数为9.5E-6/℃,是著名的热膨胀系数较低的材料,钛酸铝在反复和长期的使用过程中不会出现失透现象,可以在较高温度(1460℃)下使用,还可以很好地适应高温下的氧化问题,因此具有广阔的应用前景,但其在高温煅烧时易裂,机械强度较差。
此外,钛酸铝在800~1300℃下加热,容易分解成氧化物,且在1100℃分解剧烈。为此,通常加入各种添加剂,调整原料配比,及控制煅烧条件以改进上述缺点,成品用于满足耐热性及耐热冲击性能用途的要求。
钛酸铝主要以离子键和共价键作为结合键,从显微结构和状态上来看,内部有晶体相和气孔,这就决定了钛酸铝具有金属材料和高分子材料所不具备的导热系数低、抗渣、耐碱、耐蚀、对多种金属以及玻璃有不浸润的优点,因此在耐磨损、耐高温、抗碱、抗腐蚀等条件苛刻的环境下具有广泛的应用,尤其是要求高抗热震的场合。
2.钛酸铝晶体结构:
钛酸铝有两种晶型,即高温型(α-Al2TiO5)和低温型(β-Al2O3-Al2O3·TiO2),转变温度为1820℃纯钛酸铝熔点达到1860℃,能够在高温下使用。
钛酸铝陶瓷具有很大的热膨胀各向异性,冷却过程中局部区域产生了复杂的内应力系统,导致室温下产生严重的微裂纹化,从而表现出低的机械强度。这点也成为限制它使用范围的缺点之一,也正是这些微裂纹的存在,使钛酸铝在宏观上显示出极低的热膨胀系数,因此,材料的强度和低膨胀性成了一对相互对立的矛盾指标。
3.钛酸铝耐火材料的合成方法:
随着粉末制备技术的发展,Al2TiO5粉末合成方法很多,归纳起来可以分为3类,即固相法、液相法和气相法。固相法难以得到高纯、超细的均匀粉末,但成本低;气相法虽然可以得到高纯、团聚少的良好粉末,但设备复杂且成本高;而液相法能够制得纯度好、较均匀的微细粉末,操作较复杂,实验室中常采用此方法。
(1)固相法:
Al2TiO5的固相合成就是由等物质的量的α-Al2O3和金红石型TiO2在温度高于1300℃、氧化气氛条件下按如下反应式反应得到。
一般采用氧化铝粉[w(Al2O3)≥99.5%],化学纯的钛白粉[w(TiO2)≥98%]。有研究表明将两种粉末以摩尔比2:1混合后,配好的料在振动磨内磨细4h,再放入球磨罐内混合2h。混合好的料放入刚玉坩埚,在1450℃温度下保温2h。将此预烧过的料在球磨罐内混合2h,即得到Al2TiO5粉。
(2)液相法:
液相法包括醇盐共水解的Sol-Gel法和醇盐包裹沉淀法。前一种方法是以钛酸丁酯Ti(OC4H9)4及硫酸铝Al2(SO4)3为原料,通过控制水解条件,如浓度、温度、滴加速度等,制成Al2TiO5复合超微粉末。后一种方法是以无机盐TiCl4和α-Al2O3为原料,以氨水为PH调节剂,通过控制溶液的PH、煅烧时间等来得到TiO2包裹α-Al2O3的均匀微细粉末,然后把此包裹粉末在1550℃高温下保温1h得到Al2TiO5粉末。
(3)气相法:
气相法是在气溶胶反应器中,利用四氯化钛(TiCl4)和三氯化铝(AlCl3)高温氧化制备超细Al2TiO5粉末。通过控制AlCl3和TiCl4的摩尔比来控制钛酸铝的生成,Akhtar.M.采用气相法反应制备了Al2TiO5粉末。
综上所述,气相法虽然可以得到高纯、团聚更少的良好粉末,但由于设备复杂且成本高,一般很少采用。实验室最常用的方法是液相法,液相法能够制得纯度好、较均匀的微细粉末,但操作较复杂通常固相法难以得到高纯、超细均匀的粉末,但成本低,适合于今后大规模工业化生钛酸铝材料。