烧结助剂、钛酸铝陶瓷前体料和钛酸铝陶瓷及其制造方法技术

本发明专利技术公开了钛酸铝陶瓷的烧结助剂、钛酸铝陶瓷前体料和钛酸铝陶瓷及其制造方法。所述烧结助剂包括金属微粉和氧化硅微粉，金属微粉选自镍微粉、锌微粉、铟微粉中的至少一种。钛酸铝陶瓷前体料包括以下质量百分数的原料：含铝化合物47～60％、含钛化合物35‑55％、烧结助剂0.5‑10％。将钛酸铝陶瓷前体料与助剂混合得到坯料，将坯料通过等静压、模压或注凝成形得到生坯体；将生坯体进行烧制，得到钛酸铝致密陶瓷。本发明专利技术的钛酸铝陶瓷制备步骤简单、成本低、制备过程中不排放三废或三废排放少，并且制备得到的钛酸铝陶瓷致密性好、抗热震性高、热膨胀系数小且抗弯强度高。

【技术实现步骤摘要】
烧结助剂、钛酸铝陶瓷前体料和钛酸铝陶瓷及其制造方法
本专利技术涉及陶瓷制备
，尤其涉及烧结助剂、钛酸铝陶瓷前体料和钛酸铝陶瓷及其制造方法。
技术介绍
作为集高熔点和低热膨胀系数于一体的优异材料，钛酸铝陶瓷可作为金属熔液的流经管道或盛具使用，例如，用于反重力铸造中的金属熔液升液管和浇口套、金属熔液槽、熔融金属用的坩埚、转移金属熔液的料斗等。在此类应用中，钛酸铝陶瓷制品会在短时间内面临高达一千多摄氏度和低至室温的巨大温差。这就要求钛酸铝陶瓷制品具有高的抗热震性，使其能够耐受高低温频繁转换的冲击。另一方面，作为金属熔液的流经管道或盛具，钛酸铝陶瓷制品应具有高的致密性、低的显气孔率，以使金属熔液在其内不发生渗漏。目前工业上普遍采用固相两步法并通过引入添加剂的策略制造钛酸铝致密陶瓷制品。固相两步法是指，先合成钛酸铝粉料，然后以此粉料制坯，再在高温下烧成钛酸铝陶瓷制品。例如中国专利(CN104528817B)就公开了一种钛酸铝粉体的制备方法，包括采用高纯氧化铝和工业级钛白粉为基本原料，引入氧化镁、氧化铈、氧化铁、碳酸锶及其他氧化物(氧化钇、氧化钒或氧化硅中的一种或几种)为添加剂，先后经过两次烧成过程(分别在1100-1350℃和1350-1450℃)，得到钛酸铝粉体。上述专利虽未涉及后续钛酸铝陶瓷制品的制造，但可以看出，高温烧制钛酸铝粉料连同后续高温烧制钛酸铝陶瓷制品的固相两步法，其工艺过程耗能相当高且步骤繁杂。工业上之所以采用固相两步法烧制钛酸铝致密陶瓷制品，是因为氧化钛和氧化铝反应生成钛酸铝的过程中会产生体积效应，即体积会膨胀约10％(钛酸铝陶瓷及其研究进展硅酸盐通报2003年第1期，方青等)。因此，对于钛酸铝致密陶瓷制品—特别是厚度在厘米级及以上的钛酸铝致密陶瓷制品，如果直接用氧化钛和氧化铝粉料制坯，后续烧制过程中的体积效应会导致陶瓷产生高密度裂纹甚至粉化，故得不到钛酸铝致密陶瓷制品。除了上述固相两步法，中国专利(CN107500757B)公开了一种基于凝胶工艺的致密钛酸铝陶瓷制备方法，包括采用钛酸正丁酯、硅酸正丁酯、硝酸铝为基本原料，以氨气、氯化铁、间苯二胺以及大量的乙醇为辅助原料，采用减压蒸馏工艺制备凝胶，再把所得凝胶注入模具制成粗坯，进一步把粗坯放入反应釜中加压干燥，最后把得到的坯体于1400-1460℃烧成陶瓷制品。可以看出，此类工艺不但使用成本高昂的醇盐作原料，而且设备需求高、工艺过程复杂，外加会产生大量废液，这些缺点使得该法制备钛酸铝陶瓷难以产业化。美国康宁股份有限公司公开了钛酸铝组合物、钛酸铝制品、及其制造方法，申请号为201780036774.1：至少混合氧化镁源、氧化硅源、氧化铝源、氧化钛源、和稀土氧化物来形成无机批料组合物；将无机批料组合物与一种或多种加工助剂混合到一起来形成塑化陶瓷前体批料组合物，所述加工助剂选自：增塑剂、润滑剂、粘合剂、成孔剂、和溶剂；一方面，该专利使用的原料种类多，并且使用了稀土氧化物这类价格昂贵的原料，提高了钛酸铝陶瓷的成本，不适于大规模工业化应用；另一方面，该专利是专门针对钛酸铝多孔陶瓷制品的，不适用于制造钛酸铝致密陶瓷制品。申请号为：201811082894.8公开了一种氮化物改性钛酸铝陶瓷原料的制备方法，将氧化铝粉、钛白粉、氧化锆、碳酸镁和烧结助剂混合，搅拌制备成陶瓷粉料，将陶瓷粉料加入到水中，搅拌后形成钛酸铝陶瓷料浆；将氮化硅球加入到球磨机，水作为球磨介质，球磨制得氮化硅粉料；在钛酸铝陶瓷料浆中，加入氮化物粉料形成改性料浆，将改性料浆烘干，形成改性粉料，在改性粉料中加入聚乙烯醇胶结剂，充分混合均匀，制成改性钛酸铝陶瓷原料。该专利主要原料较多，还需要加入氮化硅在450℃下烘干形成改性粉料，制备工艺复杂。因此，从实际的产业化出发，需要原料种类少，制备工艺简单、成本低、制备过程中不排放三废或三废排放少的钛酸铝陶瓷制备工艺，并且制备出的陶瓷制品致密性好、抗热震性和稳定性高。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供烧结助剂、钛酸铝陶瓷前体料和钛酸铝陶瓷及其制造方法，使得钛酸铝陶瓷制备步骤简单、成本低、制备过程中不排放三废或三废排放少，并且制备得到的钛酸铝陶瓷致密性好、抗热震性高、热膨胀系数小且抗弯强度高。本专利技术是通过如下技术方案实现的：本专利技术的第一方面，提供一种烧结助剂，包括以下质量百分数的原料：金属微粉2～15％，氧化硅微粉75-98％。优选的，所述金属微粉为镍微粉、锌微粉、铟微粉中的至少一种。优选的，所述镍微粉、锌微粉、铟微粉具有90％的颗粒的尺寸小于或等于600nm、中值粒度小于或等于500nm的粒度分布；所述氧化硅微粉具有中值粒度小于或等于500nm的粒度分布。本专利技术的第二方面，提供上述烧结助剂的制备方法：将镍微粉、锌微粉、铟微粉中的至少一种和氧化硅微粉混合均匀，然后在650-900℃的温度下、空气气氛中烧制1-3h得到烧结助剂。优选的，所述混合选自球磨、罐磨、研磨中的一种。本专利技术的第三方面，提供上述烧结助剂在制备钛酸铝陶瓷中的应用。本专利技术的第四方面，提供一种钛酸铝陶瓷前体料，包括以下质量百分数的原料：含铝化合物47～60％、含钛化合物35-55％、烧结助剂0.5-10％。优选的，所述含铝化合物为工业级高温氧化铝，纯度≥98wt％；所述含钛化合物为工业级氧化钛，包括但不限于金红石、锐钛矿或无定形氧化钛，纯度≥96wt％。优选的，所述钛酸铝陶瓷前体料由以下方法制备：将含铝化合物、含钛化合物和烧结助剂按质量百分数称重后混合均匀，混合选自球磨或研磨，得到钛酸铝陶瓷前体料。优选的，混合选自球磨时，磨介球为氧化铝磨介球，含铝化合物、含钛化合物和烧结助剂的总质量与磨介球的质量比为1:5.5。本专利技术的第五方面，提供上述钛酸铝陶瓷前体料制备钛酸铝致密陶瓷的方法，包括以下步骤：(1)坯料制备：将钛酸铝陶瓷前体料与助剂混合得到坯料；(2)将坯料成形并干燥后得到生坯体；(3)将步骤(2)得到的生坯体进行烧制，烧成制度为：以5-10℃/min的升温速率从室温升温至1000℃，再以2-5℃/min的升温速率从1000℃升温至1450-1580℃的温度，在1450-1580℃的温度下保温3-6h，然后自然降温至1000℃，在1000℃下保温1-2h，最后自然降温至室温，得到钛酸铝致密陶瓷。优选的，所述助剂选自粘结剂、凝胶单体、交联剂、分散剂、引发剂、催化剂、溶剂中的一种或多种。优选的，所述坯料成形的方法为等静压、模压或注凝成形；坯料成形的方法为等静压或模压成形时，所述助剂为粘结剂；坯料成形的方法为注凝成形时，所述助剂为凝胶单体、交联剂、分散剂、引发剂、催化剂和溶剂。优选的，坯料成形的方法为等静压或模压成形时，所述钛酸铝陶瓷前体料与助剂混合得到坯料的过程包含喷雾干燥过程。更为优选的，所述粘结剂为质量百分含量为1％的聚乙烯醇水溶液；所述凝胶单体为丙烯酰胺；所述交联剂为N,N'-亚甲基双丙烯酰胺；所述分散剂为聚甲基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种烧结助剂，其特征在于：包括以下质量百分数的原料：/n金属微粉2～15％，氧化硅微粉75-98％。/n

【技术特征摘要】
1.一种烧结助剂，其特征在于：包括以下质量百分数的原料：
金属微粉2～15％，氧化硅微粉75-98％。


2.根据权利要求1所述的烧结助剂，其特征在于：所述金属微粉为镍微粉、锌微粉、铟微粉中的至少一种；优选的，所述镍微粉、锌微粉、铟微粉具有90％的颗粒的尺寸小于或等于600nm、中值粒度小于或等于500nm的粒度分布；所述氧化硅微粉具有中值粒度小于或等于500nm的粒度分布。


3.权利要求1或2所述的烧结助剂的制备方法，其特征在于：由以下方法制备：
将镍微粉、锌微粉、铟微粉中的至少一种和氧化硅微粉混合均匀，然后在650-900℃的温度下、空气气氛中烧制1-3h得到烧结助剂。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述混合选自球磨、罐磨、研磨中的一种。


5.权利要求1或2所述的烧结助剂在制备钛酸铝陶瓷中的应用。


6.钛酸铝陶瓷前体料，其特征在于：包括以下质量百分数的原料：
含铝化合物47～60％、含钛化合物35-55％、权利要求1或2所述的烧结助剂0.5-10％。


7.根据权利要求6所述的钛酸铝陶瓷前体料，其特征在于：所述含铝化合物为工业级高温氧化铝，纯度≥98wt％；所述含钛化合物为工业级氧化钛，包括金红石、锐钛矿或无定形氧化钛，纯度≥96wt％。


8.根据权利要求6或7所述的钛酸铝陶瓷前体料，其特征在于：由以下方法制备：
将含铝化合物、含钛化合物和权利要求1或2所述的烧结助剂按质量百分数称重后混合均匀，混合选自球磨或研磨，得到钛酸铝陶瓷前体料。


9.利用权利要求6～8中任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈长龙，魏玉玲，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东;37