随着工艺技术的不断革新，尤其在汽车工业、航空工业等领域，对同时具有优良的耐高温和抗热震性陶瓷材料的需求愈来愈迫切。低热膨胀系数陶瓷具有高熔点，低热导率以及优良的抗热震性等特点，是目前低膨胀材料中耐高温性能最好的一种,广泛应用于汽车尾气排放、工业废气处理、等方面。因此，研究低热膨胀系数陶瓷的制备与性能具有重大的意义，不仅能节能减排降低大气污染，符合环保要求，还能高效利用资源，降低成本，提高经济效益。

钛酸铝陶瓷是目前低膨胀材料中耐高温性能最好的一种,但它本身也存在两大致命弱点 : 一是本身热膨胀系数的各向异性造成其内部出现大量的微裂纹, 显著地降低了自身强度 ; 二是在 750～1300℃温度范围内易分解失去其低膨胀性 ,但通过添加稳定剂(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等基本上能克服此缺点, 从而使该材料具有较长的使用寿命。

添加稳定剂是提高钛酸铝陶瓷低热膨胀性能比较有效的办法，Y.X.Huang通过实验证明，样品成分中添加3％SiO2的机械强度比未添加SiO2的样品增强了3倍，而且还会相应的保持一个相对低的热膨胀系数。桑月侠等人通过添加复合稳定剂(ZrO2、ZnO、MgO、Y2O3、La2O3的摩尔比为1∶1∶1∶2∶2) 来拟制Al2TiO5的分解，获得热稳定性良好的低膨胀钛酸铝陶瓷材料。实验结果表明，当复合稳定剂含量为25wt.%，烧成温度为1550℃，保温时间为3h时制备的钛酸铝陶瓷性能最佳。其热膨胀系数为0.86×10(-6）/℃，比无稳定剂的钛酸铝陶瓷降低了35.8%；抗弯强度为48.3MPa，比无稳定剂的钛酸铝陶瓷提高了36.9%。为了制备热膨胀系数低、力学性能优良的钛酸铝陶瓷，日本的Yutaka Ohya等人研究了MgO与Y2O3、La2O3、Nb2O5共掺杂的情况。发现加入氧化镁可降低钛酸铝的形成反应温度，防止定向晶区的形成。液相烧结在1500℃的MgO-La2O3掺杂陶瓷导致少量长晶粒的形成，其长度约为130μm。这种微观结构在弯曲试验期间产生了较高的抗裂纹扩展能力。晶粒拔出和晶粒桥接机制以及裂纹偏转和分支导致了高电阻。观察到该陶瓷的低热膨胀系数为0.7 x 10（-6）/deg。氧化镁-Y2O3的共掺杂导致了较高的弯曲强度和较低的热膨胀系数。在1500℃液相烧结条件下，共掺杂MgO-Nb2O5使晶粒长大，力学性能较差。

钛酸铝的合成方法有:固相法(高温固相反应烧结法)、液相法(溶胶-凝胶法、沉淀反应法)、气相法(流态化CVD 法)3种。目前 ,钛酸铝陶瓷的工业化合成大多数仍采用固相法。钛酸铝陶瓷的制备方法有冷等静压成形后常压烧结法、注浆成形后无压烧结法、热压烧结法、注凝成形后常压烧结法等。

本项目采用将原材料和添加剂混合研磨，压制成形，高温烧结得到钛酸铝陶瓷。然后进行强度和热膨胀性能测试和表征，通过XRD衍射分析、扫描电镜分析等手段对产物进行表征，探究了添加剂含量、制备工艺对低热膨胀陶瓷性能的影响，制备出高强度、低热膨胀系数的陶瓷，使其应用更加广泛，性能更加优越。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：

1. 了解低热膨胀系数陶瓷制备的基本方法、原料及性能要求，确定合适的技术路线。

2. 进行材料的组成设计。确定材料的基础组成，选择添加剂的种类。

3. 研究添加剂的种类和掺入量，对材料热膨胀系数的影响。主要研究掺入不同量的氧化钛与硅酸锆对材料性能的影响。

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