不同添加劑對鈦酸鋁材料的影響

鈦酸鋁（Al₂TiO₅）熱膨脹系數(shù)（＜1.5x10^-6℃^-1）低、熔點(diǎn)（1860℃）高，因而耐高溫、抗熱震性能好。但鈦酸鋁陶瓷存在兩大致命弱點(diǎn)：一是本身熱膨脹系數(shù)的各向異性造成其內(nèi)部出現(xiàn)大量的微裂紋，其強(qiáng)度顯著降低；二是在750～1300℃溫度范圍內(nèi)馆类，易分解成金紅石和剛玉相，造成其局部內(nèi)應(yīng)力集中與熱膨脹系數(shù)增大弹谁，從而失去其優(yōu)良的抗熱震性乾巧。因此要使鈦酸鋁得到應(yīng)用句喜，首先必須提高其強(qiáng)度并抑制分解。

有學(xué)者通過在鈦酸鋁中分別引入SiO₂沟于、MgO咳胃、Fe₂O₃、Y₂O₃旷太、La₂O₃和CeO₂作為添加劑展懈，1540℃保溫4h，探討不同添加劑對鈦酸鋁熱膨脹系數(shù)大小的影響供璧。結(jié)果顯示：SiO₂存崖、MgO添加10%時，鈦酸鋁的熱膨脹系數(shù)最兴尽来惧；引入1～4mol%Fe₂O₃時，鈦酸鋁的熱膨脹系數(shù)保持不變演顾；引入少量稀土元素氧化物（Y₂O₃供搀、La₂O₃、CeO₂）能顯著降低鈦酸鋁的熱膨脹系數(shù)钠至，稀土元素氧化物加入量不宜大于6%葛虐，引入1～4mol%CeO₂或2mol%La₂O₃能將鈦酸鋁的熱膨脹系數(shù)降至接近于零，這為研制零膨脹材料提供了一種新的方法棕洋。

有學(xué)者研究了莫來石添加劑對鈦酸鋁陶瓷熱分解影響的機(jī)理：一是Si^{4 +}在高溫下擴(kuò)散到鈦酸鋁晶體中發(fā)生置換或填隙反應(yīng)挡闰，產(chǎn)生固溶化的鈦酸鋁晶體乒融，穩(wěn)定了晶格掰盘；其二是因熱膨脹差異造成莫來石晶粒對鈦酸鋁晶體的壓應(yīng)力，起到束縛Ti⁴⁺赞季、Al^{3 +}離子愧捕、增強(qiáng)抑制晶格受熱畸變的作用，有效提高了鈦酸鋁的熱穩(wěn)定性申钩。鈦酸鋁-莫來石復(fù)合材料不僅可保持優(yōu)良的低膨脹次绘、高機(jī)械強(qiáng)度的性能且在高溫下鈦酸鋁晶體的分解得到了有效的抑制, 最佳的莫來石配比在30～50 %( wt)。（鄭大高溫所 謝國鋒）