制备钛酸铝烧结体的原料组合物及制备钛酸铝烧结体的方法技术

本发明专利技术提供了一种用于制备钛酸铝烧结体的原料组合物，该组合物包括：（ｉ）１００重量份的混合物，该混合物包括４０－５０ｍｏｌ％的ＴｉＯ↓［２］和６０－５０ｍｏｌ％的Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］，（ｉｉ）１－１０重量份的由通式（Ｎａ↓［ｘ］Ｋ↓［１－ｘ］）ＡｌＳｉ↓［３］Ｏ↓［８］（０≤Ｘ≤１）代表的碱性长石，以及（ｉｉｉ）１－１０重量份的至少一种选自具有尖晶石结构的含Ｍｇ氧化物、ＭｇＣＯ↓［３］和ＭｇＯ的含Ｍｇ组分，也提供了一种用于制备钛酸铝烧结体的方法，该方法包括在１３００－１７００℃的温度下烧结由原料组合物制成的成型制品。根据本发明专利技术的方法，可得到机械强度高并且可在高温下稳定使用的钛酸铝烧结体，该烧结体也具有钛酸铝所固有的低热膨胀系数和高耐腐蚀性。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

Raw material composition for preparing aluminium titanate sintered body and method for preparing aluminium titanate sintered body

The present invention provides a method for the preparation of raw material composition of aluminum titanate sintered body, the composition comprises: (I) a mixture of 100 parts by weight of the mixture includes 40 50mol% TiO: 2 and 60 50mol% Al: 2 O: 3, (II) 1 - 10 the weight by the general formula (Na: X, K:: AlSi 1-x): 3 O: 8 (X = 0 ~ 1) on behalf of the alkali feldspar (III), and at least one selected from 1-10 weight with Mg oxide, spinel structure containing MgCO, down 3. MgO and Mg containing components, but also provides a method for the preparation of aluminum titanate sintered body, the method consists in 1300 - 1700 DEG C temperature sintering by the original Molded article made of a material composition. In accordance with the method of the present invention, an aluminum titanate sintered body having a high mechanical strength and stable use at high temperature can be obtained, which also has inherent low thermal expansion coefficient and high corrosion resistance of aluminium titanate.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于制备钛酸铝烧结体的原料组合物、制备钛酸铝烧结体的方法以及钛酸铝烧结体。
技术介绍
钛酸铝烧结体具有低的热膨胀系数和高的耐腐蚀性。它们被称为是耐热材料，当将该材料用作例如铝、铝合金、铁合金等熔融金属的容器、抬包或槽时，该材料具有与熔渣的低润湿性、优良的耐腐蚀性、优良的抗散裂强度和其它优良性质。但是，构成钛酸铝烧结体的晶粒是各向异性，该烧结体趋于具有以下缺点当被加热或冷却时，热膨胀系数的各向异性产生的应力导致了晶粒晶界的位移；并且形成了微裂纹和孔，这会导致低的机械强度。因此，常规的钛酸铝烧结体所具有的强度不足，并且特别是当施用于高温并且被施加重的载荷时，不能表现出足够的耐用性。另外，钛酸铝在1280℃或以下的温度下不稳定。当将其用于约800-1280℃的温度范围时，该化合物具有分解成TiO2和Al2O3的趋势，因此，很难在该高温下持续使用该材料。为了改进钛酸铝的可烧结性并且阻止其热分解，在烧结之前，将添加剂比如二氧化硅加入原材料中。但是，此时，所得到的烧结体的耐熔性趋于降低。为此，不可能得到可在高达约1400℃的温度下使用并且也具有高机械强度的耐熔性钛酸铝烧结体。专利技术概述本专利技术的主要目的是提供一种新的钛酸铝烧结体，该烧结体的机械强度被改进到可实际应用的水平，并且可在高温下使用，而且具有钛酸铝所固有的性质，即低的热膨胀系数和高的耐腐蚀性。为了克服以上的问题，本专利技术人进行了广泛的研究。结果是，本专利技术人发现，当在存在特定的碱性长石和至少一种选自具有尖晶石结构的含Mg氧化物、MgCO3和MgO的组分的条件下，将含有二氧化钛和氧化铝的原材料粉末进行烧结时，可得到机械强度被极大地改进的钛酸铝烧结体，该烧结体耐热分解并且具有高的耐熔性，而且不会损失钛酸铝所固有的低的热膨胀，原因是含Mg组分与碱性长石具有协同效果。基于该发现而完成了本专利技术。具体的说，本专利技术提供了以下所述的用于制备钛酸铝烧结体的原料组合物、制备钛酸铝烧结体的方法以及钛酸铝烧结体。1.用于制备钛酸铝烧结体的原料组合物，该组合物包括(i)100重量份的混合物，该混合物包括40-50mol％的TiO2和60-50mol％的Al2O3，(ii)1-10重量份的由式(NaxK1-x)AlSi3O8(0≤X≤1)代表的碱性长石，以及(iii)1-10重量份的至少一种选自具有尖晶石结构的含Mg氧化物、MgCO3和MgO的含Mg组分。2.根据第1项的用于制备钛酸铝烧结体的原料组合物，其中，碱性长石的组成(NaxK1-x)AlSi3O8中，x的范围是0.1≤X≤1。3.根据第1或2项的用于制备钛酸铝烧结体的原料组合物，其中，碱性长石中的Si与含Mg组分中的Mg的摩尔比范围是Si∶Mg＝0.9∶1-1.1∶1。4.用于制备钛酸铝烧结体的方法，该方法包括在1300-1700℃的温度下烧结成型制品，成型制品由用于制备钛酸铝烧结体的原料组合物制成，该组合物包括(i)100重量份的混合物，该混合物包括40-50mol％的TiO2和60-50mol％的Al2O3，(ii)1-10重量份的由式(NaxK1-x)AlSi3O8(0≤X≤1)代表的碱性长石，以及(iii)1-10重量份的至少一种选自具有尖晶石结构的含Mg氧化物、MgCO3和MgO的含Mg组分。5.根据第4项的方法制备的钛酸铝烧结体。用于制备本专利技术钛酸铝烧结体的方法是这样一种方法，其中，通过将含有TiO2和Al2O3的混合物、与式(NaxK1-x)AlSi3O8(0≤X≤1)所代表的碱性长石、以及选自具有尖晶石结构的含Mg氧化物、MgCO3和MgO的至少一种含Mg组分混合，制备出用作原材料的组合物；并且将由该组合物制备的成型制品在1300-1700℃的温度下烧结。对作为原材料的TiO2和Al2O3没有特别的限制，只要通过烧结由这些物质可合成钛酸铝即可。它们通常选自用于制造各种陶瓷比如氧化铝陶瓷、二氧化钛陶瓷、氧化铝陶瓷等的原材料。TiO2和Al2O3的混合比范围可以是40-50mol％的TiO2和60-50mol％的Al2O3，优选45-50mol％的TiO2和55-50mol％的Al2O3。特别是，在上述混合比范围内，将Al2O3/TiO2的摩尔比调节为1或更高可阻止液相的共存。作为添加剂的碱性长石可由式(NaxK1-x)AlSi3O8表示，其中0≤X≤1。特别是，在上式中，优选x的范围是0.1≤X≤1，并且更优选x的范围是0.15≤X≤0.85。具有该x值范围的碱性长石具有低的熔点，并且因此特别有利于促进钛酸铝的烧结。当Al2O3和TiO2的总量是100重量份时，使用的碱性长石量可以是约1-10重量份，优选约3-4重量份。在本专利技术中，可以单独使用尖晶石结构的含Mg氧化物、MgCO3和MgO，或将它们中的两种或多种组合使用。其中，可使用的具有尖晶石结构的含Mg氧化物的实例包括MgAl2O4和MgTi2O4等。也可使用通过烧结含有MgO和Al2O3的原材料或含有MgO和TiO2的原材料而制备的尖晶石氧化物。在本专利技术中，可结合使用两种或多种具有尖晶石结构的氧化物。当Al2O3和TiO2的总量是100重量份时，选自具有尖晶石结构的含Mg氧化物、MgCO3和MgO中的至少一种含Mg组分的使用量范围是约1-10重量份，优选约3-6重量份。在本专利技术的方法中，碱性长石中的Si与含Mg组分中的Mg的摩尔比范围优选是Si∶Mg＝约0.9∶1-约1.1∶1，更优选的范围是Si∶Mg＝约0.95∶1-约1.05∶1。根据本专利技术的方法，通过将上述含Mg组分、作为添加剂的碱性长石以及含有TiO2和Al2O3的混合物混合、使该混合物成型为所需要的形状并且该烧结成型制品，可提供机械强度高、耐热分解性好并且耐熔性高的钛酸铝烧结体。通过本专利技术可提供机械强度高并且耐热分解性好的钛酸铝烧结体的原因尚不清楚，但是原因可能如下当通过烧结合成钛酸铝时，碱性长石中的Si溶解于晶格中并且置换了Al。由于Si的半径小于Al，因此，缩短了其与临近氧原子的键合长度。因此，得到的晶体的晶格常数比纯的钛酸铝小。因此，得到的烧结体具有稳定的晶体结构，改进的机械强度和非常高的热稳定性，由此导致了耐熔性的极大改进。另外，利用含Mg组分作为添加剂可得到致密的烧结体。因此，可形成机械强度比纯的钛酸铝高的烧结体。根据本专利技术的方法，由于结合使用了具有该效果的碱性长石和含Mg组分作为添加剂，因此，认为碱性长石中的Si和含Mg组分中的Mg取代了钛酸铝中的主要的Al位置。另一方面，当单独添加这些组分中的每一种时，原来保持在它们的电荷平衡位置处的三价Al被二价元素(Mg)或四价(Si)元素取代，并且由此导致烧结体需要保持电平衡。因此，当添加Mg时，为了保持电荷平衡，使得氧似乎被从该体系中挤出，从而导致烧结体中的氧缺陷。当添加本身为四价的四价Si或Ti时，认为为了保持电荷平衡而被还原为三价。在本专利技术中，认为通过结合使用碱性长石和含Mg组分，可保持电荷平衡，因为Mg的电荷数比Al少1，并且Si的电荷数比Al多1，因此，这些元素可溶解在烧结体中而不会影响构成烧结体的其它元素。特别是，当这两种添加剂的量接近等摩尔时，与单独添加这些添加剂相比，预计该组合添加剂的存在更稳定。为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备钛酸铝烧结体的原料组合物，该组合物包括：　　　　（ｉ）１００重量份的混合物，该混合物包括４０－５０ｍｏｌ％的ＴｉＯ↓［２］和６０－５０ｍｏｌ％的Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］，　　　　（ｉｉ）１－１０重量份的由通式（Ｎａ↓［ｘ］Ｋ↓［１－ｘ］）ＡｌＳｉ↓［３］Ｏ↓［８］（０≤Ｘ≤１）代表的碱性长石，以及　　　　（ｉｉｉ）１－１０重量份的至少一种选自具有尖晶石结构的含Ｍｇ氧化物、ＭｇＣＯ↓［３］和ＭｇＯ的含Ｍｇ组分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：福田勉，福田匡洋，福田匡晃，横尾俊信，高桥雅英，
申请(专利权)人：王世来股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]