添加剂对耐热陶瓷抗热震性能的影响研究开题报告

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1. 研究目的与意义（文献综述）

随着饮食业的快速发展和人们生活水平的不断提高,需要经过煎、炒、烹炸、炖煮的多种食品丰富了普通百姓的餐桌,昔日的普通陶质炊具已很难满足人们复杂的烹饪要求，而钛酸铝质耐热日用陶瓷的抗热震性能是传统陶瓷炊具的数倍。通过市场分析调查我们了解到:钛酸铝质耐热日用陶瓷在国内陶瓷炊具市场尤其是在国内经济较发达的地区如北京、上海、广州、深圳等大中城市和我国东南沿海广大地区市场前景看好;在国外，伴随着整个世界经济趋向全球化，并结合钛酸铝质耐热陶瓷的特性和南亚国家和地区人民的生活饮食习惯，这种耐热陶瓷制品在国际市场尤其是在新加坡、印度尼西亚、马来西亚以及香港和台湾等东南亚国家和地区将具有更加广阔的市场。

钛酸铝（al₂tio₅:at）是一种具有增强特性的优异的抗热冲击和耐火材料。由于其低的热膨胀系数（0.2×10^-6至1×10^-6 /c ^-1），高的熔点（约1860°c），耐高温，低的导热性（热膨胀系数），是目前低膨胀材料中耐高温性能最好的一种, 作为热阻材料具有很大的应用潜力,在诸多结构应用领域具有潜在价值。由于其优异的特性，基于at的陶瓷被广泛应用于钢铁，陶瓷和耐火材料，冶金，玻璃，军事，生物医学和三生物学应用等多个领域。此外，at是可加工bn陶瓷的良好替代品，可加工bn陶瓷被用作绝缘基板，而不是当前微电子工业中使用的高价陶瓷。因此，始终需要开发新型的低成本可加工陶瓷。然而，钛酸铝陶瓷的两大致命弱点严重限制了该材料的应用：(1)由于显著的热膨胀各向异性，且促使烧结体内部产生大量微裂纹，从而难以获得高强度产品；(2)钛酸铝陶瓷在700～1300℃温度范围内易分解成α-al₂o₃和 tio₂(金红石)，并失去其低热膨胀特性。尽管如此，近年来国内外学者通过提高粉料的品质、引入适当的添加剂、科学选择烧结温度及优化制备工艺参数等途径，不断对钛酸铝陶瓷材料进行改性研究，拓展其应用范围，并在此基础上取得了一定的成果。早期的研究表明，通过添加mgo，fe₂o₃，sio₂等掺杂剂可以提高at陶瓷材料的机械强度和热稳定性, 改善其强度的另一种建议是尽量减小微裂纹的体积。这可以通过减小烧结物体的微观结构中的晶粒尺寸使其小于临界晶粒尺寸（2m）来实现。

al₂tio₅的合成方法可以分为三类:固相法、液相法和气相法。2005年，plinioinnocenzi等使用溶胶-凝胶法制备了高纯度稳定的al₂tio₅固溶体，但是这种液相法虽然能够制得纯度好，较均匀的al₂tio₅，然而操作复杂，周期长, 成本高。2001年,liyi shi等用高温气相反应法制备了al₂tio₅纳米粉体, 但是这种方法所需设备复杂, 成本极高。固相法与液相法、气相法相比有着成本低, 操作简便, 生产周期短等优点。工业上使用的钛酸铝材料均是人工合成的，其中，将等质量的al₂o₃与 tio₂混练、成型后高温煅烧的固相合成法是最简单、直接和高效的合成方法。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

方案设计：由等物质量的氧化铝和二氧化钛在高温下反应生成钛酸铝，一般采用的是氧化铝粉和二氧化钛粉经过球磨混合后在刚玉坩埚内煅烧而得。为了抑制钛酸铝的热分解提高其热稳定性的同时，改善钛酸铝材料的抗热震性及力学性能，通过引入添加剂的方法来控制。采用不同含量的单一添加剂mgo、sio2以及复合添加剂mgo sio2在不同烧成温度条件下对钛酸铝材料的结构跟性能进行研究。

影响因素探讨：影响钛酸铝材料性能的因素有很多，比如粉料组成及粒度、添加剂、烧成温度等。通过文献资料分析了解到，粉料组成不同，钛酸铝的微观结构也有所不同，有实验表明粒度≤1μm的原料合成的at与粒度≤3μm的原料合成的at相比, 其体积密度大, 显气孔率低, 并且其热膨胀系数大, 强度也较高；通过向基质材料中引入添加剂来改善钛酸铝性能是常用的改性方法，不同添加剂引入具有不同效果，其添加量也有一定的范围，引入量过多则会破环其原有的优良性能；在常规烧结中, 从钛酸铝的晶体结构来看, 适当地提高烧结温度可促进扩散传质与烧结, 为晶粒的生长、发育提供良好的动力学条件, 使试样致密化程度提高, 并降低钛酸铝晶体结构的畸变程度, 从而提高其稳定性。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，了解课题研究需要的设备以及相关测试方法。明确研究内容，确定实验方案，完成开题报告。

第4-10周：根据研究的技术路线，初步确定实验方案，并进行相关的试验研究。

第11-13周：根据结构和性能要求，制备合成目标产物，进行材料组成、相貌测试及分析。

4. 参考文献（12篇以上）

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