À propos du titanate d'aluminium réfractaire

Céramiques de titanate d'aluminium

1. L'influence des additifs sur la structure et les propriétés du titanate d'aluminium réfractaire :

Titanate d'aluminium réfractaire
Avantages : point de fusion élevé, faible expansion, etc.
Inconvénients : faible résistance, facile à décomposer, difficile à fritter, etc.

La faible expansion du titanate d'aluminium réfractaire est basée sur les microfissures, et des microfissures excessives conduiront inévitablement à une faible résistance. Afin de maintenir la faible expansion du matériau tout en ayant une résistance considérable, la taille et le nombre de fissures doivent être contrôlés dans une certaine plage appropriée. À cette fin, le coefficient de dilatation thermique intrinsèque de l'Al2TiO5 doit être réduit, son anisotropie doit être réduite et la taille du domaine des grains doit être contrôlée. L'introduction d'additifs peut efficacement inhiber la croissance de la taille des particules et modifier les propriétés des matériaux à base de titanate d'aluminium.

MgO est l'additif le plus couramment utilisé dans la préparation du titanate d'aluminium réfractaire. MgO dissout et remplace Al2O3 dans Al2TiO5, et augmente la constante de réseau de Al2TiO5.

D'après la courbe de relation entre la quantité de MgO ajoutée et la constante de réseau de l'Al2TiO5, la limite de solubilité solide de MgO dans l'Al2TiO5 est de 25% (fraction de masse). L'excès de MgO réagit avec l'Al2O3 remplacé pour former un spinelle.

L'oxyde de magnésium et l'oxyde d'aluminium remplacé existent sur les joints de grains, entravant la croissance des grains d'Al2TiO5, affaiblissant la structure du domaine, réduisant la fissuration des joints de grains, favorisant le frittage du matériau et facilitant le renforcement des matériaux synthétiques. Pour l'Al2TiO5, l'oxyde de magnésium est également un bon stabilisateur. 5% (fraction de masse) MgO peut faire subir à Al2TiO5 un traitement thermique de 1100℃, 9h sans décomposition.

Une quantité appropriée d'oxyde de magnésium peut non seulement contrôler partiellement ou complètement la décomposition thermique de la porcelaine de titanate d'aluminium, mais aussi améliorer les propriétés mécaniques de la porcelaine, et a peu d'effet sur les autres excellentes propriétés thermiques de la porcelaine. L'ajout d'oxyde de magnésium augmente légèrement le coefficient de dilatation thermique du matériau, mais il reste inférieur à celui d'autres matériaux.

Le Fe2O3 est considéré comme l'un des meilleurs additifs. Lorsque Fe2O3 est utilisé comme additif, il réagit avec TiO2 à environ 1100℃ pour former Fe2TiO5, et peut réagir avec Al2TiO5 au-dessus de 1350℃ pour former une solution solide. La présence de Fe2O3 peut agir comme un catalyseur pour la formation de titanate d'aluminium, accélérer la formation de titanate d'aluminium et réduire la température de synthèse.

Dans le processus de préparation des céramiques de titanate d'aluminium utilisant la poudre synthétique Al2TiO5 comme matière première, l'introduction de ZrO2 peut améliorer de manière significative la structure et les performances du matériau. L'ajout de ZrO2 peut augmenter la résistance des matériaux réfractaires en titanate d'aluminium, tout en ayant peu d'effet sur les excellentes propriétés thermiques du titanate d'aluminium.

Le SiO2 a un double rôle : l'un est de réagir avec une partie de l'Al2O3 pour former de la mullite pour le renforcement ; l'autre est de remplacer une partie de l'A3 dans le titanate d'aluminium pour former une solution solide sous la forme suivante et générer des vides, inhibant la décomposition du titanate d'aluminium pendant le refroidissement dans une plage de température de 800 à 1300°C, de manière à atteindre l'objectif de stabilisation et d'augmentation de la teneur en titanate d'aluminium.

2. Influence des conditions de traitement sur la structure et les propriétés du titanate d'aluminium :

Dès 1952, Lang et al. ont rapporté sur la décomposition thermique de Al2TiO5. Il a souligné que le composé a deux formes cristallines, 1820-1860℃ type de haute température, 1300-1820℃ et température ambiante-800℃ type de basse température, instable à 800-1300℃ et facilement décomposé en rutile et corindon.

En 1971, Bayer et al. ont souligné que l'instabilité thermique de l'Al2TiO5 n'est pas seulement liée à sa température, mais aussi à la taille des grains et à la pureté du matériau. Plus tard, Kato, Kameyama et al. ont étudié plus avant la réaction de décomposition de l'Al2TiO5 et ont conclu qu'il s'agissait d'un processus de nucléation et de croissance et que la vitesse de réaction était affectée par les facteurs suivants.

Kato a traité thermiquement les poudres de différentes finesses obtenues par broyage à billes de la poudre synthétique Al2TiO5 pendant différents temps à 1120℃ et a constaté que plus la poudre est fine, plus elle est facile à décomposer.

Cependant, si les poudres de différentes finesses sont traitées thermiquement à 1310℃ pendant 5h avant les expériences de décomposition thermique, on constate que le taux de décomposition des différentes poudres diminue, et plus la poudre est fine, plus elle est difficile à décomposer.

Kato a attribué ce phénomène à l'influence du broyage et du traitement thermique sur la structure cristalline, c'est-à-dire que plus la poudre est fine avant le prétraitement, plus elle présente de défauts à l'intérieur et à la surface, et la réaction de décomposition est facile à nucléer et donc plus intense ;

Pendant le prétraitement, en raison du processus de traitement thermique des cristaux fins, les ions sont faciles à réarranger pour réduire les défauts des cristaux et réduire les contraintes internes, éliminant ainsi le plus grand nombre possible de points actifs de la réaction de décomposition, et la vitesse de la réaction de décomposition diminue à ce moment-là.

Le degré de microfissuration des matériaux réfractaires en titanate d'aluminium dépend fortement de la taille des grains. Il existe une taille de grain critique qui peut former spontanément des microfissures. Lorsque la taille du grain est supérieure à la taille critique, des microfissures se forment spontanément à la limite du grain, et la taille du grain est liée à la température de cuisson.

Lorsque la température de cuisson est basse, la taille critique des grains est plus importante et les microfissures sont relativement moins nombreuses ; lorsque la température de cuisson est élevée, la taille critique des grains est plus basse, les grains grossissent et les microfissures sont plus susceptibles de se former, ce qui entraîne une réduction de la résistance mécanique et un coefficient de dilatation thermique plus faible.

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