鉴于希望部分Al2O3与SiO2生成莫来石, 所以采用三种配比制备试样, 试样编号见表2。

      采用SKZ-500型数显抗折试验机测试抗折强度。采用PCY超高温卧式膨胀仪测试制品从室温到800℃的平均膨胀系数。热震稳定性测定测试方法为:将试样加热至1100℃, 保温两小时, 迅速投入10℃的水中淬冷, 测试试样断裂所需的次数。采用阿基米德排水法测试试样的体积密度。分别采用JSM-5610LV扫描电镜和SY-1型x-射线衍射仪观察试样的微观形貌和相组成。

      试样的抗折强度与体积密度的测试结果见表3。从试样的强度测试结果中可以看出, 随着TiO2:Al2O3摩尔比增加, 强度、体积密度先上升后下降, 这是由于铝矾土中含有一定量的SiO2, 过量的Al2O3会与SiO2形成高强度的莫来石, 从而使强度有所提高, A3试样Al2O3含量较多, 其中一部分能与氧化硅生成莫来石提高强度, 但是有一部分可能以游离的状态存在与材料中, 从而在材料中存在多种晶界而使材料强度下降。少量的莫来石能阻止烧结体内微裂纹的产生, 从而提高钛酸铝的致密度。但是莫来石的密度为3.05g/cm3, 而钛酸铝的密度为3.70g/cm3大于莫来石, 同时由于在材料中可能存在的游离氧化铝及其他氧化物而使材料的致密度较低。

      2.2 热膨胀系数和热震稳定性测定结果

      根据表4热膨胀系数测定结果可以看出, 随着Ti O2与Al2O3摩尔比增加, 对于热膨胀系数和热震稳定性测试结果A1、A2试样相差不大, 而A3试样热膨胀系数较大热震稳定性较差。这是因为在铝矾土含有较多的Si O2, 除了会与氧化铝形成莫来石提高稳定性外, 还会起到置换或填隙固溶作用,  打破了原有晶体的场效应, 使得稳定性提高, 但是当氧化铝的相对含量较多时, 游离的氧化铝和莫来石的存在会使材料的热膨胀系数显著提高。

      2.3 相组成分析

      对A2试样进行相组成测定, 确定主晶相。由图可知, 试样主晶相为Al2TiO5, 说明采用高铝矾土可以成功制备Al2TiO5陶瓷。由于材料中还存在莫来石相 (3Al2O32SiO2) , 这对陶瓷来说相当于加入了改善性能的添加剂, 对抑制钛酸铝分解有一定的促进作用。

      2.4 显微结构分析

      由上图可以看出, A1试样显微结构比较杂乱, 晶粒连接不紧密, 凹凸不平。A2试样晶粒形状较规则, 为长条状, 晶粒连接较好。A3试样晶粒尺寸与A2尺寸差不多。因此两个试样的强度相似。而A1试样由于结构杂乱影响到强度较小。

      综合言之, 在以高铝矾土和氧化钛为原料制备钛酸铝陶瓷的过程中, 氧化铝的相对含量不能任意确定, 由实验结果可以得出, A2试样的综合性能最好, 此时Al2O3:TiO2=1:0.9。

      3 结论

      通过试验得出以下结论: (1) 采用铝矾土代替Al2O3制备Al2TiO5陶瓷切实可行。(2) 在TiO2:Al2O3=1:0.9可制得综合性能较佳的Al2TiO5陶瓷。