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本文采用溶胶—凝胶法和浸渍包膜工艺,在钛酸铝粉体颗粒周围包裹一层莫来石膜,研究了包膜钛酸铝的热学性能和机械强度。研究结果表明,包膜钛酸铝材料具有很好的热学性能和抗折强度,这为改善钛酸铝材料的热分解和减少微裂纹,扩大工业化生产,提供了切实可行而又经济、科学的方法。
首先以硝酸铝、正硅酸乙酯和乙醇等为主要原料,制备了莫来石溶胶,研究了溶胶的水解温度、pH值和固含量等工艺因素对溶胶性能的影响,获得了制备稳定莫来石溶胶的最佳工艺条件。然后,采用浸渍包膜工艺,在钛酸铝粉体颗粒周围包裹了一层均匀、致密的莫来石膜层。研究了溶胶固含量、pH值、粘度、相对含量、不同煅烧温度、包裹次数和烧成温度等工艺因素对包膜钛酸铝显微结构及性能的影响规律。研究表明:莫来石溶胶固含量在0.18~0.30mol/L之间,pH值在3.0左右,粘度在56~93mPa·s范围内时,溶胶稳定且对钛酸铝的包裹是适宜的,并且一次包裹莫来石相对含量约30wt%时,在600℃温度下煅烧,经研磨、过筛、造粒、压制成型等工艺后,并在1540℃保温3h的高温条件下烧成的包膜钛酸铝复合材料,具有优良的热学性能,高温下抗热分解能力大大提高,并且包裹莫来石后极大地提高了钛酸铝材料的机械性能,抗折强度在达到50MPa时,热膨胀系数仍低于2.7×10-6/℃,仍属于低膨胀材料。
采用XRD对莫来石、包膜前后钛酸铝以及热分解前后的复合材料物相组成进行分析。采用SEM、TEM、EPMA及EDS对莫来石、包裹前后的钛酸铝粉体以及高低温热处理后的复合材料进行显微结构表征和成份分析,同时测定了未包膜、包膜及不同包裹次数钛酸铝试样的抗折强度、热分解前后的热膨胀系数,并论述了包莫来石膜的钛酸铝材料性能改善的机理。