本发明涉及一种耐火材料及其制备方法，特别是一种钛酸铝基复合增韧陶瓷及其制备方法。
背景技术：
钛酸铝陶瓷材料具有较高的熔点和较低的热膨胀系数，并具有优良的抗热震性，导热系数小，在较高温度和冷热频繁交换条件下具有很大的应用潜力。另外具有与许多金属（特别是有色金属）熔液及玻璃熔液不浸润的特性，能够经受起高温金属溶液的长期冲刷和侵蚀而不产生剥落现象。主要用于铸铝行业，产品有钛酸铝坩埚、钛酸铝塞棒、钛酸铝陶瓷翻铝勺、钛酸铝热保护管、钛酸铝浇口套和一些特殊部位的急冷急热部件，但目前生产成本过高，应用范围有限。
技术实现要素：
本发明的目的在于，提供一种钛酸铝基复合增韧陶瓷及其制备方法，解决了钛酸铝陶瓷材料的热膨胀系数与机械强度的矛盾，具有适用范围广的特点，可广泛应用于钢铁冶金、汽车及航空航天等领域。
本发明的技术方案：一种钛酸铝基复合增韧陶瓷，其特征在于，按重量百分比包括下列组分：al2o350～55%，钛白粉30～35%，莫来石纤维5～10%，碳化硅颗粒3～6%，复合稳定剂2～4%。
前述的一种钛酸铝基复合增韧陶瓷，所述复合稳定剂由氧化镁和氧化铈组合而成。
前述的一种钛酸铝基复合增韧陶瓷，所述氧化镁的重量百分比为70～85%，氧化铈的重量百分比为15～30%。
前述的一种钛酸铝基复合增韧陶瓷的制备方法，所述钛酸铝基复合增韧陶瓷是按以下步骤制备的：
（1）对碳化硅颗粒表面进行改性，形成一层防氧化涂层；
（2）将al2o3，钛白粉，莫来石纤维，改性后的碳化硅颗粒，复合稳定剂按配比要求加入到电弧炉中熔融后冷却固化；
（3）破碎、粉磨后立即在模具中真空注浆成型；
（4）脱模修整后110℃烘干中水分含量小于1%；
（5）烘干后的产品于1350～1450℃烧成。
与现有技术相比，本发明通过采用复合稳定剂及电熔工艺制备稳定钛酸铝陶瓷基料，引入具有高导热的碳化硅材料及莫来石纤维生产复合增韧钛酸铝基复合材料，解决了钛酸铝陶瓷材料的热膨胀系数与机械强度的矛盾，具有适用范围广的特点，可广泛应用于钢铁冶金、汽车及航空航天等领域。
具体实施方式
下面实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例1：一种钛酸铝基复合增韧陶瓷，按重量百分比包括下列组分：al2o350%，钛白粉35%，莫来石纤维10%，碳化硅颗粒3%，复合稳定剂2%。其中复合稳定剂的氧化镁的重量百分比为70%，氧化铈的重量百分比为30%。
钛酸铝基复合增韧陶瓷是按以下步骤制备的：（1）对碳化硅颗粒表面进行改性，形成一层防氧化涂层；（2）将al2o3，钛白粉，莫来石纤维，改性后的碳化硅颗粒，复合稳定剂按配比要求加入到电弧炉中熔融后冷却固化；（3）破碎、粉磨后立即在模具中真空注浆成型；（4）脱模修整后110℃烘干中水分含量小于1%；（5）烘干后的产品于1450℃烧成。
实施例2：一种钛酸铝基复合增韧陶瓷，按重量百分比包括下列组分：al2o355%，钛白粉30%，莫来石纤维5%，碳化硅颗粒6%，复合稳定剂4%。其中复合稳定剂的氧化镁的重量百分比为85%，氧化铈的重量百分比为15%。
钛酸铝基复合增韧陶瓷是按以下步骤制备的：（1）对碳化硅颗粒表面进行改性，形成一层防氧化涂层；（2）将al2o3，钛白粉，莫来石纤维，改性后的碳化硅颗粒，复合稳定剂按配比要求加入到电弧炉中熔融后冷却固化；（3）破碎、粉磨后立即在模具中真空注浆成型；（4）脱模修整后110℃烘干中水分含量小于1%；（5）烘干后的产品于1400℃烧成。
实施例3：一种钛酸铝基复合增韧陶瓷，按重量百分比包括下列组分：al2o355%，钛白粉35%，莫来石纤维5%，碳化硅颗粒3%，复合稳定剂2%。其中复合稳定剂的氧化镁的重量百分比为75%，氧化铈的重量百分比为25%。
钛酸铝基复合增韧陶瓷是按以下步骤制备的：（1）对碳化硅颗粒表面进行改性，形成一层防氧化涂层；（2）将al2o3，钛白粉，莫来石纤维，改性后的碳化硅颗粒，复合稳定剂按配比要求加入到电弧炉中熔融后冷却固化；（3）破碎、粉磨后立即在模具中真空注浆成型；（4）脱模修整后110℃烘干中水分含量小于1%；（5）烘干后的产品于1350℃烧成。
实施例4：一种钛酸铝基复合增韧陶瓷，按重量百分比包括下列组分：al2o352%，钛白粉35%，莫来石纤维8%，碳化硅颗粒3%，复合稳定剂2%。其中复合稳定剂的氧化镁的重量百分比为70%，氧化铈的重量百分比为30%。
钛酸铝基复合增韧陶瓷是按以下步骤制备的：（1）对碳化硅颗粒表面进行改性，形成一层防氧化涂层；（2）将al2o3，钛白粉，莫来石纤维，改性后的碳化硅颗粒，复合稳定剂按配比要求加入到电弧炉中熔融后冷却固化；（3）破碎、粉磨后立即在模具中真空注浆成型；（4）脱模修整后110℃烘干中水分含量小于1%；（5）烘干后的产品于1450℃烧成。
本发明为了解决钛酸铝陶瓷材料的热膨胀系数与机械强度的矛盾，为进一步提高材料的抗热震和克服脆性，采用复合稳定剂及电熔工艺制备稳定钛酸铝陶瓷基料，在钛酸铝陶瓷基料中引入具有高导热的碳化硅材料进行微裂纹增韧和提高导热系数，并引入莫来石纤维形成复合增韧钛酸铝基复合材料，并根据不同用途制成不同制品，使钛酸铝材料制品的抗热震能力和冲击能力性能有更大幅度地提高，可与炭陶复合材料相媲美，同时又具有炭陶复合材料所没有的抗氧化能力，同时简化陶瓷基复合材料生产工艺，降低生产成本，避免现有陶瓷基复合材料生产成本高、应用范围窄的缺点，为其在钢铁冶金、真空铸铝、钕铁硼磁性材料及航空航天等领域得到广泛应用奠定基础。
本发明通过引入表面处理的碳化硅材料提高了产品的抗热震性和抗氧化性能：
1、为进一步提高现有材料的抗热震性，解决含炭/陶瓷材料抗氧化能力差，使用寿命短的问题，在已有材料的基础上开发莫来石纤维增韧钛酸铝陶瓷，并引入部分碳化硅材料进行复合通过提高导热系数的方式进一步改善复相陶瓷的抗热震性；
2、为了提高添加的碳化硅材料的抗氧化能力，碳化硅以颗粒的方式引入，通过对碳化硅进行表面改性，在碳化硅表面形成一层防氧化涂层。同时对纤维与复合材料界面相的作用进行分析与设计，改变以往制备纤维复合材料多采用液相法，采用固相法制备纤维增强增韧钛酸铝基复合材料，纤维与复合材料的界面性能决定其力学响应，界面相的保护作用要求纤维具有化学相容性和高温稳定性，通过对界面相材质的选择调整、组织结构及其厚度的控制进而可调节界面上纤维的滑移与拔出阻力，达到兼顾复合材料的强度和韧性、抗氧化性能的目的。
本发明所制得的钛酸铝复合增韧陶瓷复合材料热膨胀系数小，热稳定性和化学稳定好，能够大大提高复合材料的使用寿命。采用真空成型工艺，工艺技术简单，操作方便，适用性强，不需复杂的机械设备，生产成本低，生坯强度高，生产成品率高，产品显微结构组织均匀，特别适合于制备形状复杂、尺寸较大的工业化产品，可以用来制备铸铝升液管、热电偶保护套管、坩埚等多种产品。
本发明采用电熔工艺和复合稳定剂的方法预合成钛酸铝，具有以下优点：
（1）产品稳定、产品可靠性和一致性好：
由于采用电熔工艺，使得稳定剂充分固溶到钛酸铝晶格中形成稳定结构，实现分子水平的复合，使钛酸铝结构稳定，性能可靠，作为原料与其他材料进行复合使用时，能够极大的提高钛酸铝材料的稳定性，更好的发挥钛酸铝材料的优异特性；
（2）工艺过程简单，原料成本低；
由于采用电熔工艺，省去了烧结法原位合成制备工艺中的湿法球磨、干燥，同时采用价格较低的工业氧化铝，有效地降低了生产成本，在条件允许的情况下，甚至可用钛渣或钛黄粉代替钛白粉为主要原料，使生产成本大幅降低。