專利名稱：含鎂鈦酸鋁固溶體粉體的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及含鎂鈦酸鋁固溶體粉體的合成方法，屬于無(wú)機(jī)非金屬材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鎂、鋁等有色合金由于具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高等特點(diǎn)，其制品在轎車工業(yè)、航天航空工業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。最近幾年，隨著我國(guó)轎車和航空航天工業(yè)的發(fā)展，鎂、鋁合金的冶煉和鑄造得到了飛速的發(fā)展，這對(duì)鎂、鋁合金冶煉和鑄造所必需的耐火材料或耐火陶瓷也提出了越來(lái)越大的需求。為了保證鎂、鋁合金制品的的質(zhì)量，要求冶煉和鑄造過(guò)程中所用的耐火材料或耐火陶瓷不僅要具有耐高溫的性能，而且要具有與有色合金溶體不潤(rùn)濕、抗熱震性能好等特點(diǎn)。鈦酸鋁陶瓷是典型的的低膨脹(RT-1000℃，0.2×10-6/℃～1×-6/℃)、低熱導(dǎo)陶瓷材料，具有優(yōu)良的抗熱震性能，并且與有色合金溶體不潤(rùn)濕，因此是應(yīng)用于鎂、鋁等有色合金冶煉和鑄造的優(yōu)良耐火陶瓷材料。但是，鈦酸鋁在700-1280℃易于分解為高溫氧化鋁和金紅石型二氧化鈦，導(dǎo)致鈦酸鋁陶瓷材料的低膨脹、抗熱震性能降低，限制了其在鎂、鋁合金鑄造上的應(yīng)用。幸運(yùn)的是，氧化鎂在鈦酸鋁結(jié)構(gòu)中的固溶，形成化學(xué)式為Al2(1-x)MgxTi(1+x)O5的固溶體，可以實(shí)現(xiàn)鈦酸鋁的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定，改善鈦酸鋁在700-1280℃溫度范圍內(nèi)的熱穩(wěn)定性，從而實(shí)現(xiàn)鈦酸鋁陶瓷在鎂、鋁合金鑄造業(yè)的應(yīng)用。
傳統(tǒng)的固相反應(yīng)法合成鈦酸鋁，是將α-Al2O3和金紅石型TiO2，以及滑石、粘土或其他的添加劑濕法球磨混和，烘干，過(guò)篩造粒，干壓成塊體，于高于1380℃的溫度進(jìn)行煅燒。壓塊和較高的煅燒溫度都是為了強(qiáng)化各原料間的反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)純相鈦酸鋁粉體的合成。但是，較高的煅燒溫度和壓塊在煅燒過(guò)程中，易于導(dǎo)致燒結(jié)行為的產(chǎn)生，為了得到可以應(yīng)用于鈦酸鋁陶瓷材料制備的粉體，尚需要進(jìn)一步破碎和球磨。不僅增加了產(chǎn)業(yè)化合成鈦酸鋁粉體的難度，也加大了合成鈦酸鋁粉體的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種合成含鎂鈦酸鋁固溶體粉體的方法，為鎂、鋁合金的冶煉和鑄造提供性能優(yōu)良的耐火陶瓷材料。
本發(fā)明制備的含鎂鈦酸鋁固溶體粉體，其化學(xué)式為Al2(1-x)MgxTi(1+x)O5，0.05≤x≤95。
合成該含鎂鈦酸鋁固溶體粉體的方法有以下兩種。
方法1采用的是兩步法，其步驟如下1)以碳酸鎂或氧化鎂，以及金紅石型TiO2為原料，按化學(xué)式偏鈦酸鎂MgTiO3或鈦酸鎂MgTi2O5的配比稱量原料，將原料置于球磨機(jī)中濕法球磨混和，介質(zhì)為水，原料∶磨球的重量比為1∶1～1∶5，加水量為原料重量的30～120％，球磨時(shí)間不低于1小時(shí)，球磨混合的料漿烘干、過(guò)篩，或噴霧造粒，然后在1000℃～1300℃煅燒得到偏鈦酸鎂MgTiO3或鈦酸鎂MgTi2O5粉體；2)按合成的含鎂鈦酸鋁固溶體粉體Al2(1-x)MgxTi(1+x)O5，0.05≤x≤95的化學(xué)組成配比稱量原料，所說(shuō)的原料為偏鈦酸鎂、α-Al2O3和金紅石型TiO2，或?yàn)殁佀徭V、α-Al2O3和金紅石型TiO2，將原料置于球磨機(jī)中，以水為介質(zhì)，濕法球磨混合，原料∶磨球的重量比為1∶1～1∶5，加水量為原料重量的25～120％，球磨時(shí)間為不低于4小時(shí)，球磨混合的料漿烘干、過(guò)篩，或噴霧造粒，然后在1200℃～1450℃煅燒得到含鎂鈦酸鋁固溶體粉體。
方法2，其步驟如下按合成的含鎂鈦酸鋁固溶體粉體Al2(1-x)MgxTi(1+x)O5，0.05≤x≤95的化學(xué)組成配比稱量原料，所說(shuō)的原料為氧化鎂、α-Al2O3和金紅石型TiO2，將原料置于球磨機(jī)中，以水為介質(zhì)，濕法球磨混合，原料∶磨球的重量比為1∶1～1∶5，加水量為原料重量的25～120％，球磨時(shí)間為不低于4小時(shí)，球磨混合的料漿烘干、過(guò)篩，或噴霧造粒，然后在1200℃～1450℃煅燒得到含鎂鈦酸鋁固溶體粉體。
采用方法2，偏鈦酸鎂MgTiO3或鈦酸鎂MgTi2O5在制備過(guò)程中形成。
上述兩種合成含鎂鈦酸鋁固溶體粉體的方法中，所使用的原料可為工業(yè)級(jí)原料，其純度和粒度如表1所示。
表1

在本發(fā)明球磨混合過(guò)程中，為減少用水量和增強(qiáng)球磨效率，可加入分散劑聚丙烯酸氨。
本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明通過(guò)預(yù)先合成的穩(wěn)定劑MgTiO3或MgTi2O5，作為形成鈦酸鋁固溶體的晶種，降低了鈦酸鋁形成的勢(shì)壘，反應(yīng)速度加快，在較低的溫度煅燒較短的時(shí)間便可以實(shí)現(xiàn)由初始原料到鈦酸鋁的完全轉(zhuǎn)化。由于合成反應(yīng)的易于完成，使得本發(fā)明可以改變合成鈦酸鋁的混合料的初始性狀，由傳統(tǒng)的固相反應(yīng)合成法的壓塊性狀，改為本發(fā)明的粉料性狀，易于后期加工為適用于耐火陶瓷制備的細(xì)粉原料。另外，本發(fā)明所用的原料均為工業(yè)原料，并且工藝操作方便，成本低，普適性強(qiáng)，適用于工業(yè)化大生產(chǎn)。


圖1是合成的MgTiO3粉體的XRD圖譜；圖2是合成的Al1.6Mg0.2Ti1.2O5固溶體粉體的XRD圖譜。
具體實(shí)施例方式
實(shí)例1原材料采用工業(yè)級(jí)α-Al2O3、金紅石型TiO2和堿式碳酸鎂Mg(OH)2·4MgCO3·6H2O。
首先以金紅石型TiO2和堿式碳酸鎂Mg(OH)2·4MgCO3·6H2O為原料合成穩(wěn)定劑MgTiO3，其配比為Mg∶Ti＝1∶1，原料∶磨球∶水的重量比為1∶2.6∶1.1，球磨時(shí)間16小時(shí)，出磨后100℃烘干，過(guò)30目篩，1150℃保溫4小時(shí)煅燒，XRD檢測(cè)已合成出純的MgTiO3粉體(圖1示)。
然后以合成的MgTiO3為穩(wěn)定劑，工業(yè)級(jí)α-Al2O3和金紅石型TiO2為原料合成Al1.6Mg0.2Ti1.2O5固溶體粉體，其配比為Al∶Mg∶Ti＝1.6∶0.2∶1.2，原料∶磨球∶水的重量比為1∶2.6∶0.9。為了減少用水量和增強(qiáng)球磨效率，加入原料量的0.4wt％的分散劑聚丙烯酸氨，球磨24小時(shí)，出磨后100℃烘干，過(guò)30目篩，1350℃保溫5小時(shí)煅燒合成，XRD檢測(cè)為純相Al1.6Mg0.2Ti1.2O5固溶體粉體(圖2)。
實(shí)例2原材料采用工業(yè)級(jí)α-Al2O3、金紅石型TiO2和堿式碳酸鎂Mg(OH)2·4MgCO3·6H2O。
首先以金紅石型TiO2和堿式碳酸鎂Mg(OH)2·4MgCO3·6H2O為原料合成穩(wěn)定劑和成核劑MgTi2O5，其配比為Mg∶Ti＝1∶1，原料∶磨球∶水的重量比為1∶2.6∶1.1，球磨時(shí)間16小時(shí)，出磨后100℃烘干，過(guò)30目篩，1150℃保溫4小時(shí)煅燒，XRD檢測(cè)已合成出純的MgTi2O5粉體。
然后以合成的MgTi2O5為成核劑和穩(wěn)定劑，工業(yè)級(jí)α-Al2O3和金紅石型TiO2為原料合成Al1.6Mg0.2Ti1.2O5固溶體粉體，其配比為Al∶Mg∶Ti＝1.6∶0.2∶1.2，原料∶磨球∶水的重量比為1∶2.6∶0.8，為了減少用水量和增強(qiáng)球磨效率，加入原料量的0.4wt％的分散劑聚丙烯酸氨，球磨24小時(shí)，出磨后于100℃烘干，過(guò)30目篩，1300℃保溫3小時(shí)煅燒合成，得到純相Al1.6Mg0.2Ti1.2O5固溶體粉體。
實(shí)例3原材料采用工業(yè)級(jí)α-Al2O3、金紅石型TiO2和輕質(zhì)氧化鎂MgO。
首先以金紅石型TiO2和輕質(zhì)氧化鎂MgO為原料合成穩(wěn)定劑和成核劑MgTi2O5，其配比為Mg∶Ti＝1∶1，原料∶磨球∶水的重量比為1∶2.6∶1.1，球磨時(shí)間16小時(shí)，出磨后100℃烘干，過(guò)30目篩，1150℃保溫4小時(shí)煅燒，XRD檢測(cè)已合成出純的MgTi2O5粉體。
然后以合成的MgTi2O5為成核劑和穩(wěn)定劑，工業(yè)級(jí)α-Al2O3和金紅石型TiO2為原料合成Al1.8Mg0.1Ti1.1O5固溶體粉體，其配比為Al∶Mg∶Ti＝1.8∶0.1∶1.1，原料∶磨球∶水的重量比為1∶2.6∶0.8，為了減少用水量和增強(qiáng)球磨效率，加入原料量的0.4wt％的分散劑聚丙烯酸氨，球磨24小時(shí)，出磨后于100℃烘干，過(guò)30目篩，1300℃保溫3小時(shí)煅燒合成，得到純相Al1.8Mg0.1Ti1.1O5固溶體粉體。
實(shí)例4原材料采用工業(yè)級(jí)α-Al2O3、金紅石型TiO2和輕質(zhì)氧化鎂MgO，其配比為Al∶Mg∶Ti＝1.8∶0.1∶1.1，原料∶磨球∶水的重量比為1∶2.6∶1，為了減少用水量和增強(qiáng)球磨效率，加入原料量的0.4wt％的分散劑聚丙烯酸氨，球磨24小時(shí)，出磨后于100℃烘干，過(guò)30目篩，1350℃保溫3小時(shí)煅燒合成，得到純相Al1.8Mg0.1Ti1.1O5固溶體粉體。
權(quán)利要求
1.含鎂鈦酸鋁固溶體粉體的合成方法，其特征是步驟如下1)以碳酸鎂或氧化鎂，以及金紅石型TiO2為原料，按化學(xué)式偏鈦酸鎂MgTiO3或鈦酸鎂MgTi2O5的配比稱量原料，將原料置于球磨機(jī)中濕法球磨混和，介質(zhì)為水，原料∶磨球的重量比為1∶1～1∶5，加水量為原料重量的30～120％，球磨時(shí)間不低于1小時(shí)，球磨混合的料漿烘干、過(guò)篩，或噴霧造粒，然后在1000℃～1300℃煅燒得到偏鈦酸鎂MgTiO3或鈦酸鎂MgTi2O5粉體；2)按合成的含鎂鈦酸鋁固溶體粉體Al2(1～x)MgxTi(1+x)O5，0.05≤x≤95的化學(xué)組成配比稱量原料，所說(shuō)的原料為或?yàn)槠佀徭V、α-Al2O3和金紅石型TiO2，或?yàn)殁佀徭V、α-Al2O3和金紅石型TiO2，將原料置于球磨機(jī)中，以水為介質(zhì)，濕法球磨混合，原料∶磨球的重量比為1∶1～1∶5，加水量為原料重量的25～120％，球磨時(shí)間為不低于4小時(shí)，球磨混合的料漿烘干、過(guò)篩，或噴霧造粒，然后在1200℃～1450℃煅燒得到含鎂鈦酸鋁固溶體粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鎂鈦酸鋁固溶體粉體的合成方法，其特征是所說(shuō)的α-Al2O3的純度≥95wt％，粒度0.5μm≤d≤5μm；金紅石型TiO2的純度≥95wt％，粒度0.5μm≤d≤5μm；碳酸鎂中的MgO含量≥36wt％；氧化鎂的純度≥86wt％，粒度0.2μm≤d≤2μm。
3.含鎂鈦酸鋁固溶體粉體的合成方法，其特征是步驟如下按合成的含鎂鈦酸鋁固溶體粉體Al2(1-x)MgxTi(1+x)O5，0.05≤x≤95的化學(xué)組成配比稱量原料，所說(shuō)的原料為氧化鎂、α-Al2O3和金紅石型TiO2，將原料置于球磨機(jī)中，以水為介質(zhì)，濕法球磨混合，原料∶磨球的重量比為1∶1～1∶5，加水量為原料重量的25～120％，球磨時(shí)間為不低于4小時(shí)，球磨混合的料漿烘干、過(guò)篩，或噴霧造粒，然后在1200℃～1450℃煅燒得到含鎂鈦酸鋁固溶體粉體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的含鎂鈦酸鋁固溶體粉體的合成方法，其特征是所說(shuō)的α-Al2O3的純度≥95wt％，粒度0.5μm≤d≤5μm；金紅石型TiO2的純度≥95wt％，粒度0.5μm≤d≤5μm；碳酸鎂中的MgO含量≥36wt％；氧化鎂的純度≥86wt％，粒度0.2μm≤d≤2μm。
全文摘要
本發(fā)明涉及合成含鎂鈦酸鋁固溶體粉體的方法，該方法利用金紅石型二氧化鈦和碳酸鎂或氧化鎂合成鈦酸鎂或偏鈦酸鎂，再與工業(yè)級(jí)改為α－Al
文檔編號(hào)C04B35/462GK1792813SQ20051006155
公開日2006年6月28日 申請(qǐng)日期2005年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月14日
發(fā)明者徐剛, 韓高榮 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)