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Al_2TiO_5/Al_2O_3复合材料的制备及其抗热震和抗铝浸渗性能

胡勇  
【摘要】:钛酸铝陶瓷具有低热膨胀系数、低热导率、高熔点、耐腐蚀和抗热震性能好等特点,是目前低膨胀材料中耐高温性能最好的一种。但是该材料本身存在着中温分解和低强度两大缺点,在很大程度上限制了它的广泛应用。本文通过引入添加剂MgTi_2O_5和Fe_2TiO_5,使它们与Al_2TiO_5形成固溶体,以抑制Al_2TiO_5中温分解,并通过与Al_2O_3复合制备出既有一定的强度同时又有良好的抗热震性能的复合材料。 实验研究表明,添加剂MgTi_2O_5和Fe_2TiO_5的适量引入不但可以有效地抑制Al_2TiO_5的中温分解,而且可以显著提高Al_2TiO_5的烧结致密度。随添加剂含量的增加,Al_2TiO_5的热稳定性逐渐增强,当MgTi_2O_5和Fe_2TiO_5的含量分别为4mol%和10mol%以及复合添加5mol%MgTi_2_5和1mol%Fe_2TiO_5时,Al_2TiO_5经1100℃保温50小时不发生热分解。 对于Al_2TiO_5/Al_2O_3复合材料,随着体系中氧化铝含量的增加,复合材料的烧结致密度、力学强度、弹性模量和热膨胀系数均逐渐增大,而材料的抗热震性能降低。Al_2O_3体积百分含量为40%的复合材料经1450℃保温2小时烧结致密度为95.4%,强度为43.2Mpa,热膨胀系数为1.097×10~(-6)/℃,在700℃经5次热震后,材料的结构保持完整,残余强度为其原始强度的71.4%,其综合性能达到最优。而Al_2O_3体积百分含量为90%的复合材料,尽管具有较高的致密度和较高的强度(272.1MPa),但在700℃经5次热震后,残余强度仅为其原始强度的19.3%。 将Al_2TiO_5/Al_2O_3复合材料置于铝熔体中保温100小时,研究发现AL_2TiO_5体积百分含量大于40%的复合材料中没有铝熔体的浸渗;而Al_2TiO_5体积百分含量小于20%的复合材料,由于抗热震性能差,有铝熔体沿热震产生的裂纹渗入复合材料内部,并最终导致复合材料的断裂。


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