低膨胀陶瓷材料之钛酸铝

随着工业技术的不断发展，生产工艺方面对具有优良耐高温和抗热震性材料的需求越来越迫切。陶瓷材料与高分子材料和金属相比，陶瓷具有耐高温、高强度、抗腐蚀等一系列显著的优良性能，热膨胀也是陶瓷材料的主要性能之一。在低热膨胀陶瓷材料领域，有三种极为典型：熔融石英陶瓷、堇青石陶瓷和钛酸铝陶瓷。本文将就钛酸铝陶瓷进行主要介绍：

钛酸铝陶瓷材料的基本性质

钛酸铝陶瓷的显著特点是具有高熔点、低热膨胀系数，低热导率，以及优异的抗热震性和抗腐蚀性，属于复杂氧化物陶瓷材料，是低膨胀陶瓷中抗热震性能最优良的陶瓷材料，其耐高温性能非常的出色，能够在1400℃长期使用，应用主要是在温度剧烈变化和强烈腐蚀的特殊场合，前景十分广阔。

钛酸铝陶瓷目前是低热膨胀材料中耐高温性能最好的一种，但是其本身也存在缺陷：一是热膨胀系数的各向异性造成其内部出现大量的微裂纹，很大程度上降低了自身的强度；二是在750~1300℃温度范围内易分解失去其低膨胀性，但在添加稳定剂（如氧化镁、氧化铁、氧化铈、氧化硅、氧化钇、莫来石微粉等）控制关键性的工艺参数（如烧成温度）或制作成复合材料的方法可基本克服这些缺点，从而延长该材料的使用寿命。

表1. 钛酸铝的基本物理化学性质

钛酸铝陶瓷的应用方向：

由于钛酸铝陶瓷具有很低的热膨胀系数、较高的熔点、优良的抗热震性能和热导率，同时还有抗渣、耐蚀、耐碱的特点，并且钛酸铝陶瓷和许多金属（尤其是有色金属）熔体和玻璃熔体不润湿，能够广泛的应用于化工、冶金、陶瓷、汽车和环保等领域中的一些耐高温、耐腐蚀和抗热震等环境苛刻的场合。

①低压铸造铝合金制品：钛酸铝作为价格比较低廉的耐高温、低膨胀、低导热的陶瓷材料，具有优异的抗热震性和与铝液不沾粘性，是制作低压铸铝升液管的首选材料。

②测温热电偶的保护：测温热电偶钛酸铝陶瓷保护套管用于测量各种窑炉、熔块池窑温度的热电偶保护，由它做热电偶套管具有正常的温度敏感性和较长的使用寿命。尤其是在测量金属熔体和玻璃熔液温度的热电偶保护上比其他材质的同类产品具有优越性，原因是它可反复的出入于被测的环境中不会炸裂、腐蚀。

③用作发动机部件的隔热材料：钛酸铝的优异特性让它兼具优良的抗热震性及隔热性，是制作发动机排气管和增压器涡壳隔热衬里（尤其是军用越野车以及沙漠车）的理想材料。

④其他方面：冶炼有色金属用的金属流槽或坩埚，不定形耐火材料衬里，熔融金属容器内壁涂料，净化汽车尾气用的催化剂载体（蜂窝状）……

结语

对于钛酸铝陶瓷材料的研究，国外自上世纪50年代开始，在钛酸铝陶瓷产品的生产方面，目前日本、美国和德国等少数发达国家，掌握了比较优异的生产技术，并有钛酸铝材料产品供应。而国内对钛酸铝的研究自80年代开始，而且研究主要局限于钛酸铝陶瓷材料的基础和应用研究，虽然有一些小批量生产的产品，但与国际水平相比，在产品开发的水平和质量上有一定差距，需要进一步加大研究力度。