以醇作氧供体的非水解溶胶—凝胶法制备钛酸铝粉体的研究

论文摘要

本研究采用无水低碳醇为氧供体，以无水AlCl3和TiCl4为前驱体，利用无溶剂的非水解溶胶-凝胶法在750℃低温合成出钛酸铝粉体。该创新成果已获国家发明专利（ZL 200610005316.5）。在此基础上，通过辅助压力场下的非水解溶胶-凝胶法合成出烧结性能更好的钛酸铝粉体，并运用XRD、FE-SEM和BET等测试手段研究了工艺因素对钛酸铝低温合成的影响。研究表明：无溶剂存在时，以化学计量引入氧供体醇，钛酸铝的合成效果以乙醇最好，依次是异丙醇和正丁醇；而当在有溶剂的辅助压力场作用下，钛酸铝合成的效果刚好相反。适当的加料顺序使得氯化醇盐的溶剂化层最小，凝胶化反应易于进行。提高凝胶反应温度、延长时间有利于提高钛酸铝的合成效果，但预反应温度过高则使其合成效果变差。借助FT-IR和DTA-TG等测试手段研究了非水解钛酸铝凝胶反应机制及其相变化。结果发现：与水解溶胶-凝胶法相比，非水解凝胶过程中形成了Al-O-Ti键合，促使凝胶在煅烧过程中直接晶化成钛酸铝，并放出相变热，这是低温合成钛酸铝的关键所在。而水解溶胶-凝胶法不易形成Al-O-Ti键合，凝胶依次晶化成金红石和刚玉再通过两者的固相扩散反应合成钛酸铝，这是一个吸热过程，合成温度高达1300℃以上。与固相法、水解溶胶-凝胶法以及无溶剂非水解溶胶-凝胶法相比，采用辅助压力场下的非水解溶胶-凝胶法合成钛酸铝粉体的烧结性能最好，烧结体抗折强度高达16.6MPa，而其热膨胀系数仅为0.77×10-6／℃。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 2 文献综述
• 2.1 钛酸铝材料简介
• 2O₃-TiO₂二元系统'>2.1.1 Al₂O₃-TiO₂二元系统
• 2.1.2 钛酸铝的晶体结构
• 2.1.3 钛酸铝的合成
• 2.1.4 钛酸铝的热膨胀
• 2.1.5 钛酸铝的稳定性
• 2.1.6 钛酸铝的强度
• 2.2 钛酸铝材料的制备方法
• 2.2.1 固相法
• 2.2.2 共沉淀法
• 2.2.3 水解溶胶-凝胶法
• 2.2.4 非水解溶胶-凝胶法
• 2.2.5 其他方法
• 2.3 非水解溶胶-凝胶法简介
• 2.3.1 非水解溶胶-凝胶法的发现
• 2.3.2 非水解溶胶-凝胶法的反应机理
• 2.3.3 非水解溶胶-凝胶法与传统溶胶-凝胶法的对比
• 2.4 非水解溶胶-凝胶法在氧化物合成中的应用
• 2.4.1 单一氧化物的合成
• 2.4.2 复合氧化物的合成
• 2.4.3 非水解溶胶-凝胶法制备氧化物粉体的影响因素
• 3 非水解溶胶-凝胶法合成钛酸铝的工艺研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验
• 3.2.1 原料及用量
• 3.2.2 样品制备
• 3.3 测试与表征
• 3.4.结果与讨论
• 3.4.1 氧供体醇种类对钛酸铝合成的影响
• 3.4.2 氧供体用量对钛酸铝合成的影响
• 3.4.3 加料顺序对钛酸铝合成的影响
• 3.4.4 预反应温度对钛酸铝合成的影响
• 3.4.5 反应温度对钛酸铝合成的影响
• 3.4.6 钛酸铝粉体性能的表征
• 3.5 本章小结
• 4 非水解钛酸铝凝胶反应机制及其相变化的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验
• 4.2.1 非水解溶胶-凝胶法制备钛酸铝凝胶的实验
• 4.2.2 水解溶胶-凝胶法制备钛酸铝凝胶的实验
• 4.3 测试与表征
• 4.4.结果与讨论
• 4.4.1 非水解溶胶-凝胶转变过程的研究
• 4.4.1.1 各种无水低碳醇的标准IR谱图分析
• 4.4.1.2 四氯化钛与各种无水醇反应产物的IR谱图分析
• 4.4.1.3 无水三氯化铝与各种无水醇反应产物的IR谱图分析
• 4.4.1.4 非水解溶胶-凝胶过程中的反应历程研究
• 4.4.2 非水解合成钛酸铝凝胶加热过程中的相变化研究
• 4.5 本章小结
• 5 辅助压力场下非水解溶胶-凝胶法合成钛酸铝的研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验
• 5.2.1 实验所用原料
• 5.2.2 实验所用设备
• 5.2.3 制备工艺
• 5.2.4 样品烧结实验
• 5.3 测试与表征
• 5.4 结果与讨论
• 5.4.1 大气压力下非水解溶胶-凝胶法合成钛酸铝的研究
• 5.4.2 氧供体醇种类及用量对钛酸铝粉体合成的影响
• 5.4.3 溶剂种类及用量对钛酸铝合成的影响
• 5.4.4 反应温度与时间及填充率对钛酸铝合成效果的影响
• 5.4.5 不同合成方法制备钛酸铝粉体烧结性能的对比研究
• 5.5 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 附录
• 参考文献