Al2O3-TiO2合成耐火材料的性能特点应用以及国内外的研究发展,由耐火材料厂家收集整合分享。
Al2O3-TiO2质合成蜂窝陶瓷体
1.Al2O3-TiO2合成耐火材料的性能特点及应用:
(1)性能方面:稳定的钛酸铝可单独制成制品,也可与其他材料复合制成制品,有时可以加入少量钛酸铝对其他材料进行改性,也有以其为主要成分的钛酸铝基复合材料。制备的稳定化钛酸铝及其复合材料可广泛用于耐高温、抗热震、耐磨损、抗腐蚀、抗碱性等条件苛刻的环境。
(2)应用方面:可用于陶瓷窑炉作为窑具材料使用,从而改变我国窑具材料使用周期低以及依赖进口的现状;可制成蜂窝陶瓷体用于净化汽车尾气的催化剂载体或热交换器;总之,钛酸铝作为良好高温结构材料备受国内外材料科学工作者的关注。通过合理选择添加剂、原料组成及工艺,控制材料组织结构可实现对材料性能的优化。
2.国内外Al2O3-TiO2合成耐火材料的研究发展:
(1)国外Al2O3-TiO2合成耐火材料的研究:
日本科研人员利用声呐发射研究了低热膨胀率的钛酸铝结合莫来石材料;研究钛酸铝陶瓷在特定温度下的力学性能;研究了存在显气孔的反应烧结Al2TiO5材料及其微观结构。
澳大利亚科研人员研究了钛酸铝热稳定性行为,研究表明Al2TiO5的热稳定性受温度和大气压的剧烈影响,但Al2TiO5的热不稳定性不随大气压的变化而变化;研究了锂辉石对钛酸铝的烧结和致密化的影响;对β-锂辉石与Al2O3-Al2TiO5系统相组成的影响进行了研究 。
匈牙利科研学者研究了Mg2+和Fe3+对钛酸铝形成机理的影响。
印度科研人员用红外光谱研究溶胶凝胶法制备的钛酸铝在高温作用下的相形成规律。
印度尼西亚科研学者研究了稳态钛酸铝的微观和宏观热膨胀性;研究了以方镁石为添加剂的钛酸铝刚玉质功能材料的显微结构。
美国科研人员研究了纳米级复合材料Al2TiO5-Al2O3-TiO2系统的结构、力学性能和生物活性;通过温度诱变的方法改变了TiO2-Al2O3纤维的形态和结构,研究发现随着烧结温度的升高,钛酸铝纤维的平均直径减小,温度升高到800℃,纤维呈锐钛矿结构,在900℃为锐钛矿和金红石相的混合体。
西班牙科研人员对高浓度的双峰氧化铝/二氧化钛悬浮液放电等离子体烧结和电位差方面进行研究,并分析了Al2O3-Al2TiO5复合材料微裂纹机理。
伊朗的科研学者以氧化铝和二氧化钛粉末为原料制备了Al2O3-20%Al2TiO5复合材料,并分析了材料的微观性能和力学性能。
(2)国内Al2O3-TiO2合成耐火材料的研究:
福州大学材料科学与工程学院王成勇研究了ZrO2矿化剂对钛酸铝材料结构与性能的影响,利用铝型材厂污泥合成的Al2TiO5,添加少量ZrO2矿化剂,ZrO2矿化剂与Al2TiO5形成置换固溶体,能抑制Al2TiO5的分解,增加Al2TiO5含量和提高Al2TiO5的热稳定性。
福州大学林寿等人研究了MgO,ZrO和N2O3矿化剂对钛酸铝分解晶相、动力学和性能的作用机理。研究发现MgO矿化剂能与Al2TiO5形成固溶体,能有效地抑制Al2TiO5的分解,能显著提高材料的热稳定性,能明显提高钛酸铝材料的抗折强度。
浙江大学材料科学与工程学系周林平研究了低温非水解溶胶凝胶法制备钛酸铝,应用TG、DTA、XRD和F-IR和TE等测试手段研究了凝胶热处理过程中的相变化以及非水解溶胶一凝胶的反应过程和生成粉末的微观结构。结果表明无水乙醇作氧供体制备的凝胶可在750℃直接合成钛酸铝,比固相法合成大大降低了温度。
浙江大学材料科学与工程学系周林平研究了固相法合成与改性钛酸铝,设计了一系列对比实验,以三氧化二铝和锐钛矿型二氧化钛为基本原料,研究了复合添加剂氧化铈和氧化镁对钛酸铝合成与稳定的影响。结果表明,复合添加剂能使钛酸铝材料保持较好的综合性能,氧化镁比氧化铈对钛酸铝的合成及稳定具有更好的作用,烧结后钛酸铝材料保持低热膨胀系数。
浙江大学材料系徐刚研究了钛酸铝材料的结构、热膨胀及热稳定性,详细回顾了关于钛酸铝材料结构、热膨胀和热稳定性的研究。结果表明,Fe的固溶使钛酸铝的晶格参数增大,并对钛酸铝的合成起着重要作用。
浙江大学徐刚研究了添加钾长石对镁掺杂钛酸铝陶瓷烧结及热膨胀行为和抗弯强度的影响。研究结果表明:钾长石的引入促进了镁掺杂钛酸铝陶瓷的烧结。
景德镇陶瓷学院徐志芳等人研究了以金属铝为铝源低温制备钛酸铝粉体的技术。研究发现采用无水乙醇和AlCl3为氧供体和催化剂,经80℃回流24h形成凝胶、750℃低温煅烧可以合成钛酸铝粉体。
长安大学孙志华等人研究了纳米Fe2O3对钛酸铝陶瓷热稳定性能的影响。研究发现纳米Fe2O3很容易与Al2TiO5反应,形成固溶体,抑制钛酸铝陶瓷的热分解。
首钢京唐钢铁联合有限责任公司徐志荣等人研究了熔融铝对钛酸铝陶瓷的腐蚀作用。该钛酸铝陶瓷制品具有很强的耐熔融铝腐蚀性能在耐蚀试验后的熔融铝和钛酸铝陶瓷界面生成的尖晶石层起到了保护层的作用。
上海交通大学刘泳良等人研究了平板式Al2TiO5复合封接材料。研究发现Al2TiO5颗粒在复合钎料中分布均匀,接头性能得到了提高,Al2TiO5颗粒能促进CuO向界面迁移,通过增加其含量并减少CuO含量有望提高焊缝的抗氧化能力。
山东科技大学马爱珍等人研究了Al6Si2O13晶须和TiC颗粒复合强化多孔Al2TiO5基复合材料。研究发现TiC和AlSi2O13分别以规则颗粒状和晶须形态存在于Al2TiO5基体中,TiC颗粒与AlSi2O13晶须通过细化显微组织、裂纹偏转和晶须桥连机制,起到协同强化作用。
山东科技大学李书海等人以γ-AlOOH-、TiO2和SiCw为原料,研究了SiCw对反应烧结多孔Al2TiO5-SiCw复合材料的影响。研究发现反应产物中主要物相有Al2TiO5、Al2O3、TiCw和SiO2。添加SiC显著细化了Al2TiO5基复合材料的微观组织,生成的细小规则的TiC晶粒和存在于Al2TiO5晶界处的AlSi2O13有利于抑制Al2TiO5晶粒长大,提高其抗压强度。
山东科技大学科研人员利用淀粉制备了多孔钛酸铝莫来石陶瓷并表征其抗腐蚀性。
山东科技大学材料科学与工程学院徐国刚通过原位形成莫来石晶须制备了多孔Al2TiO5陶瓷。
中国电子材料研究实验室研究了通过溶胶凝胶法提高Al2O3-TiO2复合薄膜的电容性能。
浙江大学材料科学与工程学院研究了胶凝胶法制备大气孔的单片钛酸铝工艺。
哈尔滨工业大学科研人员研究了原位氧化铝/钛酸铝复合材料的滑动磨损特性。
哈尔滨工业大学材料科学与工程学院科研人员研究了放电等离子烧结法制备纳米级原位多孔氧化铝/钛酸铝陶瓷型复合材料。
济南大学材料科学与工程学院李伟针对TiO2/Al2O3纳米复合材料的表面改性进行了研究,获得了一种可提高其抗摩擦性能的新方法。
济南大学科研人员研究了Al2O3-TiO2复合材料的制备工艺。
南京工业大学科研人员研究了向Al2TiO5-TiO-SiO2蜂窝陶瓷掺杂稀土后制备过程及性能。
南京工业大学科研人员研究了添加TiO2的多孔Al2O3/TiO2薄膜支撑体的特性影响。
南京工业大学科研人员研究了Al2O3-TiO2复合薄膜的过滤性能。
东北大学科研人员研究了添加剂对钛酸铝陶瓷的影响。通过烧结反应添加不同的添加剂(MgO、SiO2和Fe2O3)制备钛酸铝陶瓷,研究发现添加MgO、SiO2、Fe2O3或其他化合物有利于降低钛酸铝的气孔率、提高机械强度和抗热震性。
综上所述,虽然Al2TiO5材料具有低强度易分解等缺点,但它却包含了其他高温材料不可兼得的低膨胀性和耐高温性,所以作为一种潜在良好高温结构陶瓷,受到世人关注。自从其发现以来,科学工作者对Al2TiO5作出大量研究,不论在理论上还是在实践技术上都有突破,但为了使Al2TiO5得到更广泛的应用,科学工作者必须进一步对以下两个问题进行深入探讨。
首先,如何更好地克服钛酸铝低膨胀与低强度之间的矛盾,即为了得到低膨胀必须使材料内存在裂纹,而提高材料强度又要求裂纹尺寸必须尽量小,数量尽量少之间的矛盾。其次,如何提高钛酸铝陶瓷的抗分解性,尤其是800~1300℃之间的分解老化。