畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-微波輔助加熱合成鈦酸鋁(甘)

1、西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文1第1章緒論1.1概論概論鈦酸鋁陶瓷現(xiàn)在是作為一種抗熱震材料，具有地?zé)崤蛎浡?、高熔點(diǎn)等優(yōu)良特性，是目前低膨脹材料中耐高溫性能最好的一種。因其隔熱性好，還能耐腐蝕、耐堿、抗渣等特性被廣泛應(yīng)用于鋼鐵、化工、陶瓷、汽車引擎等領(lǐng)域。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外許多人士為了增強(qiáng)鈦酸鋁陶瓷的高溫?zé)岱€(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度從各個(gè)方面進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，并且取得了重要的進(jìn)展。本文通過各種對(duì)比實(shí)驗(yàn)分別以二氧化鈦與三氧化二鋁、硝酸鋁與硫酸鈦、氫氧化鋁與硫酸鈦

2、、硫酸鋁與硫酸鈦、鈦酸丁酯與硝酸鋁為基本原料，合成過程中加入鐵、鎂、釹、銫、碳黑、CMC幫助合成性能更好，成分更純的鈦酸鋁，并且討論了鈦酸鋁合成的各種影響因素。1.1.1鈦酸鋁材料的應(yīng)用鈦酸鋁材料的應(yīng)用穩(wěn)定的鈦酸鋁可單獨(dú)制成制品也可與其他材料復(fù)合制成制品有時(shí)可以加入少量鈦酸鋁對(duì)其他材料進(jìn)行改性也有以其為主要成分的鈦酸鋁基復(fù)合材料。制備的穩(wěn)定化鈦酸鋁及其復(fù)合材料可廣泛用于耐高溫、抗熱震、耐磨損、抗腐蝕、抗堿性等條件苛刻的環(huán)境。例如:可用于

3、陶瓷窯爐作為窯具材料使用從而改變我國(guó)窯具材料使用壽命低以及依賴進(jìn)口的現(xiàn)狀可制成蜂窩陶瓷用于凈化汽車尾氣的催化劑載體或熱交換器以及用于鋼鐵和有色工業(yè)如作為煉鋁工業(yè)用的測(cè)溫?zé)犭娕急Ｗo(hù)管或其他場(chǎng)合。總之其具有巨大的市場(chǎng)潛力和廣闊的應(yīng)用前景。1.1.2鈦酸鋁材料的缺點(diǎn)鈦酸鋁材料的缺點(diǎn)雖然鈦酸鋁材料具有許多優(yōu)點(diǎn)，但是也有不足的地方。鈦酸鋁材料具有兩大致命缺陷：一、在800攝氏度左右容易分解成金紅石和剛玉，使材料的熱膨脹性顯著提高。從而失去了其優(yōu)異

4、的抗熱震性能。二、晶體冷卻時(shí)內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生大量微裂紋，使鈦酸鋁材料機(jī)械強(qiáng)度低[1]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)為學(xué)者也針對(duì)鈦酸鋁材料的缺陷展開了一系列研究，力求改善其性能，并且取得了顯著的進(jìn)展。鈦酸鋁高溫易分解、機(jī)械強(qiáng)度低的特性與其結(jié)構(gòu)的關(guān)系密不可分。Al、Ti與周圍的O構(gòu)成八面體空隙，而Al、Ti位于氧八面體的?3?4?2?3?4中心。由于Al半徑較小，受周圍例子的束縛較弱。當(dāng)鈦酸鋁被加熱時(shí)，獲得?3能量震動(dòng)家具，具有較高能量的離子有可能擺脫其他離子的

5、束縛離開平衡位置，結(jié)果使原來(lái)的八面體產(chǎn)生畸變并影響附近的晶格，連續(xù)的影響會(huì)使鈦酸鋁西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文3圖1鈦酸鋁的微觀結(jié)構(gòu)1.2.2鈦酸鋁的基本性質(zhì)鈦酸鋁的基本性質(zhì)密度為3.702gcm3，熔點(diǎn)為1860℃10，是目前低膨脹材料中耐高溫性能最好的一種，隔熱性好，還能耐腐蝕、耐堿、抗渣。1.2.3鈦酸鋁的純度與穩(wěn)定性鈦酸鋁的純度與穩(wěn)定性通過對(duì)鈦酸鋁分解反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)分析可以知道合成材料的鈦酸鋁純度低游離的Al2O3和TiO2將導(dǎo)致異

6、相界面的出現(xiàn)使分解反應(yīng)綜合活化能降低從而加速分解反應(yīng)的進(jìn)行所以合成材料中鈦酸鋁的純度對(duì)其穩(wěn)定性有較大試驗(yàn)研究表明純的鈦酸鋁幾乎完全分解為金紅石和剛玉。一般采取加入添加劑或復(fù)合材料的方法對(duì)鈦酸鋁進(jìn)行穩(wěn)定性試驗(yàn)。關(guān)于鈦酸鋁穩(wěn)定性的原因可從結(jié)構(gòu)上予以解釋。從晶體結(jié)構(gòu)上考慮當(dāng)引入適宜的添加劑后添加劑中的金屬離子有一部分或全部固溶到鈦酸鋁晶格中置換了部分半徑較小的Al3從而降低了原八面體的畸變程度使鈦酸鋁的穩(wěn)定性提高。從顯微結(jié)構(gòu)考慮由于合成的鈦酸

7、鋁復(fù)合材料中第二相的存在使得鈦酸鋁的穩(wěn)定性提高。當(dāng)?shù)诙嗪枯^少時(shí)主要存在于鈦酸鋁晶粒界面和晶粒三角交界處抑制Al2O3、TiO2晶核的生成阻礙鈦酸鋁的分解。隨第二相含量的增多其所處位置由分散在晶界向包裹鈦酸鋁晶粒變化。由于晶界和晶粒組成及結(jié)構(gòu)上的差異鈦酸鋁晶粒受到晶界的壓力作用使鈦酸鋁晶格受到壓縮原來(lái)的Al3、Ti4所占據(jù)的氧八面體空間減小。當(dāng)達(dá)到某種平衡狀態(tài)時(shí)Al3、Ti4的運(yùn)動(dòng)受到限制束縛力加強(qiáng)。同時(shí)由于壓應(yīng)力的作用晶格不易受熱引

8、起畸變于是分解困難使得材料的熱穩(wěn)定性提高。1.3合成鈦酸鋁的理論計(jì)算合成鈦酸鋁的理論計(jì)算1.3.1合成鈦酸鋁的熱力學(xué)計(jì)算合成鈦酸鋁的熱力學(xué)計(jì)算鈦酸鋁的燒結(jié)過程是一個(gè)固相反應(yīng)過程，由aAl2O3和TiO2以一比一的比例合成?！俊?αAl2O3（剛玉）TiO2（金紅石）→β鈦酸鋁（11）由反應(yīng)熱計(jì)算可得：△H=△HAT－△HT=17000jmol＞0（12）生成鈦酸鋁的摩爾自由能為：△GAT=△H△ST=1700010.95T=10.95(