專利名稱：基于崩解效應的鈦酸鉀晶須或鈦酸鉀顆粒的制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于納米和微米材料制備技術領域。特別涉及一種基于崩解效應的鈦酸鉀晶須或鈦酸鉀顆粒的制備方法，尤其涉及納米和微米六鈦酸鉀晶須的制備方法。
背景技術：
六鈦酸鉀晶須(K2Ti6O13w)具有優(yōu)異的力學性能，其特殊的隧道結構又賦予其許多獨特的物理化學特性，如高紅外反射率、低熱導率、高耐熱性、高耐磨性、高電氣絕緣性和介電常數(shù)、高化學穩(wěn)定性等等。K2Ti6O13晶須性能優(yōu)良，且成本比其它晶須低得多，因此具有誘人的廣闊應用前景，尤其是在汽車行業(yè)，其應用正在日益受到重視。用K2Ti6O13晶須制成的摩擦材料可用作高級轎車和各種輕型車的剎車片[1]，按2010年的市場預測年需用轎車剎車片約2700×104片，需用K2Ti6O13晶須1280噸，加上其在保溫、耐熱隔熱材料和建筑材料方面的應用[2]，用量將超過萬噸。晶須增強熱塑性和熱固性塑料復合材料是比較理想的制造汽車和各種精密儀器儀表設備的重要材料，據(jù)權威統(tǒng)計，依中國汽車業(yè)對塑料需求預測數(shù)據(jù)，2010年為93.54×104噸。此外，K2Ti6O13晶須的各種功能特性在涂料、軍事、化工、造紙等行業(yè)正在被不斷地利用和開發(fā)出來。但是，過高的生產(chǎn)成本仍然是制約國內外K2Ti6O13晶須廣泛應用的最主要障礙。
K2Ti6O13w主要的生產(chǎn)方法有燒結法、改進的燒結法(包括KDC法、急冷燒結結晶法、緩冷燒結結晶法)、水熱法、熔融法、助溶劑法、壓片法等。但是由于具有工藝簡單、利于實現(xiàn)規(guī)?；B續(xù)生產(chǎn)的優(yōu)點，燒結法及改進的燒結法目前是K2Ti6O13w的主要的工業(yè)化制備方法，目前一半以上的K2Ti6O13w都是用該方法生產(chǎn)的。K2Ti6O13w是目前在一定程度上實現(xiàn)工業(yè)化應用的為數(shù)不多的幾種晶須之一，但離真正大規(guī)模應用還有一定距離，過高的生產(chǎn)成本仍然是制約其廣泛應用的最主要障礙，要使其真正成為一種通用晶須，其生產(chǎn)成本必須進一步降低。
大量專利和文獻表明[3-10]K2Ti6O13w的燒結法制備一般是將鉀源化合物和鈦源化合物按一定的摩爾比混合，但大多以TiO2和K2CO3為原料，亦可添加適量的輔助性組分，然后在高溫下煅燒并經(jīng)過繁雜的后續(xù)處理而制得。不同的研究者采用的煅燒合成時間差別很大[1-27]，長者達100h。高煅燒溫度、長煅燒時間和繁雜的工序是導致高成本的最主要原因。一般Choy等和Bao等[13，24-26]的研究認為K2Ti6O13w的合成需要在1100℃左右的高溫下煅燒才能夠實現(xiàn)，然而高煅燒溫度直接導致了高能耗、高鉀損耗和堿性合成條件下快速的設備腐蝕損耗。因此，降低煅燒溫度是降低生產(chǎn)成本的最有效途徑，人們?yōu)榇艘恢边M行著不懈的努力。Bao等人[26，27]的研究認為1000℃以下只能形成顆粒狀產(chǎn)物，而不是形成晶須，若用非晶的水合TiO2·nH2O作原料，可以在1080～1123℃的溫度范圍內合成K2Ti6O13晶須，與晶體的金紅石或銳鈦礦TiO2相比，合成溫度約降低20～40℃。
因此，為了切實推進K2Ti6O13晶須的廣泛應用，降低生產(chǎn)成本并提高晶須品質是當前新型K2Ti6O13晶須制備方法開發(fā)和工藝研究的迫切目標；同時，生產(chǎn)成本的降低也主要是基于降低煅燒溫度、縮短煅燒時間、簡化生產(chǎn)工序、選用廉價原料、減少原料損耗和設備損耗等等。
參考文獻1.申請人大冢化學株式會社。纖鐵礦鈦酸鉀鎂及其制備方法以及摩擦材料。申請日2001.7.27；申請?zhí)?1813460.2；公開號CN 1444544A2.申請人山東大學。硅酸鋁纖維/六鈦酸鉀品須復合隔熱材料及其制備方法。申請日2005.10.11；申請?zhí)?00510104227.1；公開號CN 1772712A3.申請人上海交通大學。六鈦酸鉀晶須的制備方法。申請日2003.5.16；申請?zhí)?3116985.6；公開號CN 1472369A4.申請人上海秀普復合材料有限公司。鈦酸鉀晶須及其合成方法。申請日2002.7.17；申請?zhí)?2136082.0；公開號CN 1468805A5.申請人無錫市宏杰輕工有限公司。生產(chǎn)六鈦酸鉀晶須的方法。申請日2001.11.16；申請?zhí)?1134183.1；公開號CN 1346803A6.申請人南京化工大學。六鈦酸鉀晶須的制造方法。申請日2000.5.15；申請?zhí)?0112275.4；公開號CN 1323924A
7.申請人南京化工大學。鈦酸鉀晶須及纖維的制造方法。申請日1999.1.7；申請?zhí)?9114005.2；公開號CN1259593A8.申請人中國科學院固體物理研究所。纖維狀納米鈦酸鉀及其制備方法。申請日1997.6.12；申請?zhí)?7106995.6；公開號CN 1202462A9.申請人中國科學院上海原子核研究所。鈦酸鉀纖維制造工藝。申請日1996.12.20；申請?zhí)?6116628.2；公開號CN 1185418A10.申請人中國科學院金屬研究所。鈦酸鉀晶須制備方法。申請日1993.4.10；申請?zhí)?3111038.6；公開號C30B 29/3211.Li G L，Wang G H，Hong J M.Synthesis of K2Ti6O13whiskers by the method ofcalcinations of KF and TiO2mixtures.Materials Research Bulletin.1999，34(14)2341～234912.謝凱，盤毅，王秀華等.鈦酸鉀短纖維的制備工藝研究.無機鹽工業(yè).1997，116～1713.Choy J H，Han Y S.A.Combinative flux evaporation-slow cooling route to potassiumtitanate fibres.Materials Letters，1998，34111～11814.劉玉明，KDC法合成鈦酸鉀纖維的研究，無機材料學報，1994，9(1)83～8815.沈保羅，李偉，涂銘旌，等，聚八鈦酸鉀晶須預制件的制作及其在高溫燒結后的結構變化，成都科技大學學報，1995，8249～5216.清水紀夫，チタン酸カリウム纖維，化學工業(yè)(日)，1980，5(7)104-108117.清水紀夫，柳田博明，橋本甲四郎.KDC(Kneading-Drying-Calcination)法によゐチタン酸カリウム纖維の合成.窯業(yè)協(xié)會志，1978，8633918.清水紀夫，橋本甲四郎，柳田博明.水熱合成によゐ三種チタン酸カリウム纖維.窯業(yè)協(xié)會志，1976，842819.清水紀夫，柳田博明，橋本甲四郎.TiO2とK2CO3の熔融によゐチタン酸カリウム纖維の合成.窯業(yè)協(xié)會誌，1977，8556720.內田盛野，石行，等，譯.高性能復合材料，北京航空出版社，1992，121.Li G L，Wang G H，Hong J M，Synthesis and characterization of K2Ti6O13whiskers withdiameter on nanometer scale.Journal of Materials Science Letters，1999，181865～186722.Sun X M，bChen X，Li Y D.Large-scale synthesis of sodium and potassium titanatenanobelts.Inorganic Chemistry，2002，474996～499823.Yuan Z Y，Zhang X B，Su B L，Moderate hydrothermal synthesis of potassium titanatenanowires，Appl.Phys.A，2004，78(7)1063～106624.Bao N Z，F(xiàn)eng X，Lu X H，et al.Study on the formation and growth of potassium titanatewiskers.Journal of Materials Science，2002，373035～304325.Bao N Z，F(xiàn)eng X，Shen L M，et al.Calcination syntheses of a series of potassiumtitanateand their morphologic evolution.Crystal Growth & Design，2002，2(5)437～44226.Bao N Z，Shen L M，F(xiàn)eng X，et al.High quality and yield in potassium titanate wiskerssynthesized by calcination from hydros titania.Journal of the American Ceramic Society，2004，87(3)326～33027.Bao NZ，Shen LM，Yanagisawa K.Textural and catalytic properties of combinationalmicro-mesoporous octatitanate fibers prepared by solvothermal soft chemical process.Journal ofPhysical Chemistry B，2004，108(43)16739-16745發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于克服背景技術中的不足，提供一種基于崩解效應的鈦酸鉀晶須或鈦酸鉀顆粒的制備方法，尤其涉及納米和微米六鈦酸鉀晶須的制備方法。
本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的。本發(fā)明利用基于崩解效應合成鈦酸鉀晶須，所述晶須的合成以常見的鈦源化合物和鉀源化合物為原料，在煅燒爐中，經(jīng)高溫煅燒一步崩解和/或串并聯(lián)合成納米級或者微米級的六鈦酸鉀晶須。
具體合成步驟如下1)將鈦源化合物與鉀源化合物按摩爾比為1∶1～8∶1混合；2)將混合粉在800～1300℃煅燒0.2～6小時；3)水洗、干燥。
所述鈦源化物，其粒度是決定鈦酸鉀晶須生長模式的關鍵因素，以臨界粒度值Cd為基準，所述鈦源化合物原料粒度大于Cd時，鈦源化合物將按照崩解模式生長鈦酸鉀晶須；鈦源化合物原料粒度小于Cd時，鈦源化合物將按照串并聯(lián)模式生長鈦酸鉀晶須；所述Cd在60～300nm范圍內。
所述鈦源化合物的粒度(1)用于直接崩解合成納米鈦酸鉀晶須時或在此基礎上通過串并聯(lián)合成微米鈦酸鉀晶須，其粒度在Cd～500nm之間；(2)用于直接崩解合成微米鈦酸鉀晶須時，其粒度在500nm以上；(3)用于直接串并聯(lián)合成納米鈦酸鉀晶須(直徑小于100nm)時，其粒度小于Cd，且Cd，值在100nm以下，或者其粒度小于100nm且Cd，值在100nm以上。
所述用于直接崩解合成納米鈦酸鉀晶須時或在此基礎上通過串并聯(lián)合成微米鈦酸鉀晶須，鈦源化物原料粒度優(yōu)選100～300nm。
所述直接崩解合成納米鈦酸鉀晶須可以直接在900～1050℃溫度段煅燒0.2～6小時。
所述在直接崩解合成納米鈦酸鉀晶須的基礎上通過串并聯(lián)合成微米鈦酸鉀晶須時可以采用如下兩種工藝路線(1)兩步溫度煅燒工藝，即先在900～1050℃溫度段煅燒0.2～6小時，首先崩解合成納米鈦酸鉀晶須，然后再升溫至1050～1300℃溫度段，煅燒0.2～6小時串并聯(lián)合成微米級鈦酸鉀晶須。(2)一步煅燒工藝直接在900～1300℃溫度段，煅燒0.2～6小時，直接合成微米級鈦酸鉀晶須或顆粒。
所述直接崩解合成微米鈦酸鉀晶須時可以直接在900～1300℃溫度段，煅燒0.2～6小時。
所述直接串并聯(lián)合成納米鈦酸鉀晶須時可以直接在800～1100℃溫度段，煅燒0.2～6小時。
所述鈦源化合物為金紅石型、銳鈦礦型或板鈦礦型的鈦白粉、或鈦黃粉、或鈦鐵礦、或高鈦渣，或它們中一種以上的混合物。
所述鉀源化合物是工業(yè)碳酸鉀、氯化鉀、硝酸鉀、或者氫氧化鉀。
所述煅燒氣氛為在空氣中直接煅燒、或者在真空條件下煅燒、或者在額外的鉀源氣氛中煅燒，或者是任意二種氣氛的組合。
所述鈦源化合物與鉀源化合物的混合方式采用干混或者水混，其中水混采用如下步驟(1)配置碳酸鉀水溶液，其濃度小于等于碳酸鉀的飽和水溶液濃度；(2)碳酸鉀水溶液與鈦源化合物攪拌混合；(3)干燥后機械粉碎、或者直接噴霧干燥或旋轉閃蒸干燥。
所述煅燒用設備是箱式爐、井式爐、隧道窯、回轉窯，但優(yōu)選快速崩解煅燒爐。
所述的崩解效應和串并聯(lián)效應可用于煅燒合成四鈦酸鉀或八鈦酸鉀晶須或者顆粒。
本發(fā)明的有益效果是所用的煅燒生產(chǎn)設備廉價、工藝簡單便于控制、煅燒溫度低、生產(chǎn)周期短、適合規(guī)?；a(chǎn)；所生產(chǎn)的鈦酸鉀晶須成本低、品質高，利用常規(guī)設備和常規(guī)原料即可實現(xiàn)微米和納米六鈦酸鉀晶須的合成，且納米六鈦酸鉀晶須比微米六鈦酸鉀晶須具有更低的生產(chǎn)成本。


圖1為單個微米級的TiO2短棒崩解成K2Ti6O13晶須(直徑約100-300nm，長度在20微米量級)，其中a.完全無序崩解；b.主要沿垂直于原始TiO2棒的軸向崩解；c.沿平行于原始TiO2棒的軸向崩解。
圖2為TiO2顆粒崩解生成納米K2Ti6O13晶須。
圖3納米K2Ti6O13晶須圖4串并聯(lián)合成高長徑比K2Ti6O13晶須圖5微米級不同尺度的K2Ti6O13晶須具體實施方式
本發(fā)明提供一種基于崩解效應的鈦酸鉀晶須或鈦酸鉀顆粒的制備方法，尤其涉及納米和微米六鈦酸鉀晶須的制備方法。
本發(fā)明利用崩解效應和串并聯(lián)效應合成鈦酸鉀晶須，所述晶須的合成以常見的鈦源化合物和鉀源化合物為原料，在煅燒爐中，經(jīng)高溫煅燒一步崩解和/或串并聯(lián)合成納米級或者微米級的六鈦酸鉀晶須；下面例舉實施例對本發(fā)明予以進一步說明。所述Cd值及與之相關的鈦源化物的粒度范圍，其大小在不同的原料條件和工藝條件下不是一個固定值，在實際鈦酸鉀晶須合成中Cd值受如下因素影響鈦源化物(如TiO2)的晶型、鈦源化物原料的粒度分布、鈦源化物的純度及所含其它金屬元素的種類和含量、原料中鉀和鈦的配比、原料中其它輔助成份和含量、煅燒工藝和環(huán)境、煅燒氣氛。
實施例1直接崩解合成納米K2Ti6O13晶須(如圖2所示)(1)鈦白粉(TiO2)(其粒徑在100～300nm，平均200nm)與工業(yè)碳酸鉀按摩爾比3∶1水混合；(2)混合粉在快速崩解煅燒爐內950℃下煅燒1小時；(3)洗滌、干燥后得納米K2Ti6O13晶須(直徑小于100nm)。
實施例2間接崩解與串并聯(lián)合成微米K2Ti6O13晶須(如圖5d所示)
(1)鈦白粉(粒徑在100～300nm，平均200nm)與工業(yè)碳酸鉀按摩爾比4∶1干混合。
(2)混合粉在快速崩解煅燒爐內950℃下煅燒0.5小時。
(3)繼續(xù)在1050℃下煅燒1小時。
(4)洗滌、干燥后得微米K2Ti6O13晶須(直徑大于100nm)。
實施例3間接崩解與串并聯(lián)合成微米K2Ti6O13晶須(如圖5c所示)(1)鈦白粉(粒徑在100～300nm，平均200nm)與工業(yè)碳酸鉀按摩爾比5∶1干混合。
(2)混合粉在快速崩解煅燒爐內1000℃下煅燒2小時。
(3)洗滌、干燥后得微米K2Ti6O13晶須(直徑大于100nm)。
實施例4直接崩解合成微米K2Ti6O13晶須(如圖1所示)(1)高鈦渣(粒徑平均5μm)與氯化鉀按摩爾比3∶1干混合。
(2)混合粉在快速崩解煅燒爐內1100℃下煅燒1小時。
(3)洗滌、干燥得微米K2Ti6O13晶須(直徑大于100nm)。
實施例5間接崩解與串并聯(lián)合成微米K2Ti6O13晶須(1)鈦黃粉(平均粒徑400nm)與工業(yè)碳酸鉀飽和水溶液按鈦黃粉與碳酸鉀的摩爾比3∶1攪拌混合，混合后在烘箱內300℃干燥3小時，然后粉碎。
(2)粉碎后的混合粉在快速崩解煅燒爐內1050℃下煅燒0.5小時。
(3)洗滌、干燥得微米K2Ti6O13晶須(直徑大于100nm)。
實施例6納米TiO2為原料直接合成納米K2Ti6O13晶須(1)納米TiO2(平均粒徑15nm)與氫氧化鉀按摩爾比3∶1干混合。
(2)混合粉在快速崩解煅燒爐內850℃下煅燒2小時。
(3)洗滌、干燥得納米K2Ti6O13晶須(直徑小于100nm)。
通過以上實施例對鈦酸鉀晶須的生長機制說明如下。
1.鈦源化合物顆粒擴散崩解生長鈦酸鉀晶須的機制(1)崩解合成微米級的鈦酸鉀晶須如圖1所示，鈦酸鉀晶須的合成可以通過TiO2顆粒的崩解來實現(xiàn)。以微米量級的TiO2短棒(平均尺度φ1500×5000nm)為原料可以通過煅燒崩解合成微米級的K2Ti6O13晶須(圖1)，但是高溫XRD分析表明1000℃煅燒3小時尚不能全部完成K2Ti6O13晶須的崩結合成，1100℃煅燒20分鐘可完全崩解合成K2Ti6O13晶須。
(2)崩解合成納米級的鈦酸鉀晶須鈦酸鉀晶須的崩解生長主要是歸因于K、O、Ti快速的原子擴散，因此當使用較小尺度的TiO2作原料時，意味著晶須崩解合成的原子擴散路徑減小，此時實際采用的煅燒溫度和煅燒時間可以大大降低，而且崩解出的鈦酸鉀晶須的尺度也將變小，也就是說若使用尺度適當?shù)男×６萒iO2作原料，不僅可以實現(xiàn)K2Ti6O13晶須的納米崩解，而且可以大大降低煅燒溫度并縮短煅燒時間。如圖3所示，以粒徑100～300nm(平均200nm)的鈦白粉TiO2顆粒為原料崩解合成K2Ti6O13晶須時，TiO2的崩解將表現(xiàn)為納米崩解效應，從而崩解出納米級的K2Ti6O13晶須(直徑平均60nm)，同時高溫XRD分析表明900℃煅燒0.5小時即可全部崩解成納米級的K2Ti6O13晶須，與傳統(tǒng)工藝相比，煅燒溫度大大降低，降幅100～200℃，煅燒生產(chǎn)周期大大縮短，900℃下僅為0.5～1小時。
2.鈦酸鉀晶須的串并聯(lián)生長機制已有的鈦酸鉀晶須(包括基于崩解效應崩解出的鈦酸鉀晶須)可以相互合并，以串聯(lián)方式形成更長的晶須，亦可以并聯(lián)的方式形成直徑更粗大的晶須(如圖4所示)。上述崩解出的納米K2Ti6O13晶須可以通過串并聯(lián)的方式進一步合成更長更粗的微米級的K2Ti6O13晶須(如圖4所示)。
3.鈦源化合物顆?；蜮佀徕涱w粒串并聯(lián)生長鈦酸鉀晶須的機制當TiO2原料的粒度足夠小時，煅燒過程中TiO2的崩解現(xiàn)象逐漸變得不顯著，此時主要表現(xiàn)為串并聯(lián)生長，這包括四種形式(1)很小的TiO2顆粒借助K、O、Ti的原子擴散直接串聯(lián)形成鈦酸鉀晶須；(2)很小的TiO2顆粒借助K、O、Ti的原子擴散首先形成鈦酸鉀顆?；蛘咧虚g過渡產(chǎn)物，然后再串聯(lián)形成鈦酸鉀晶須；(3)上述兩種形式共存；(4)已經(jīng)形成的鈦酸鉀晶須通過串聯(lián)變長，或通過并聯(lián)變粗。
但是，串并聯(lián)生長本身即意味著不同晶體取向的小TiO2顆粒和/或鈦酸鉀顆粒的不斷的取向調整，這必須借助大量的持續(xù)不斷進行的原子擴散來完成，因此對煅燒溫度和煅燒時間具有顯著影響。例如高溫XRD分析和SEM觀察表明(1)以粒徑60～150nm(平均粒徑100nm)的TiO2為原料時，K2Ti6O13晶須的煅燒合成主要表現(xiàn)為串并聯(lián)生長，1000℃煅燒3小時尚不能全部完成K2Ti6O13晶須的煅燒合成，因此在該粒度范圍內，以小粒度的TiO2為原料合成鈦酸鉀晶須是不可取的。(2)以粒徑平均10～20nm的TiO2為原料時，K2Ti6O13晶須的煅燒合成主要表現(xiàn)為串并聯(lián)生長，此時由于納米TiO2原料具有極高的表面能和極小的擴散距離，因此800℃煅燒2小時即可完全合成納米級的K2Ti6O13晶須。
4.鈦酸鉀晶須的擴散崩解與串并聯(lián)合成K2Ti6O13晶須的煅燒生長存在兩種截然相反的生長機制以很小的納米尺度的TiO2顆粒作原料時，K2Ti6O13晶須的生長以串并聯(lián)模式為主；而以大的亞微米、微米及其以上尺度的TiO2作原料時，K2Ti6O13晶須的生長首先遵守擴散崩解生長機制，隨后再以串并聯(lián)模式進一步長長、長粗。因此，隨著小TiO2顆粒尺寸的逐漸增大和大TiO2顆粒尺寸的逐漸減小，必然存在某一臨界尺寸Cd，當TiO2顆粒尺寸小于Cd時，K2Ti6O13晶須的生長將首先以串并聯(lián)模式為主；當TiO2顆粒尺寸大于Cd時，K2Ti6O13晶須的生長將首先以擴散崩解模式為主。
TiO2顆粒尺寸是決定K2Ti6O13晶須生長模式的關鍵因素，本發(fā)明初步確定此TiO2臨界尺寸Cd在60～300nm之間，但是所述Cd值在不同的原料條件和工藝條件下不是一個固定值，在實際鈦酸鉀晶須合成中Cd值受如下因素影響鈦源化物(如TiO2)的晶型、鈦源化物原料的粒度分布、鈦源化物的純度及所含其它金屬元素的種類和含量、原料中鉀和鈦的配比、原料中其它輔助成份和含量、煅燒工藝和環(huán)境、煅燒氣氛。
TiO2原料的尺度顯著影響K2Ti6O13晶須煅燒合成所用的煅燒溫度和煅燒時間，再考慮到TiO2原料的成本，大尺度的TiO2原料和小尺度的TiO2原料都不是最佳的。本發(fā)明基于K2Ti6O13晶須的擴散崩解和串并聯(lián)生長現(xiàn)象和機制，開發(fā)了一套全新的K2Ti6O13晶須合成方法，主要思路如下采用尺寸略大于臨界尺寸Cd的鈦源化合物(如鈦白粉)作原料，煅燒過程中利用納米崩解效應崩解合成納米K2Ti6O13晶須，隨后再利用串并聯(lián)生長機制(可以進一步提高煅燒溫度和/或延長煅燒時間)合成微米級的K2Ti6O13晶須。這樣，利用崩解出的納米效應，既大大降低了煅燒溫度，又大大縮短了煅燒時間。上述結果應用于其它鈦源化合物原料。
本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果本發(fā)明基于崩解效應和串并聯(lián)效應調控下鈦酸鉀晶須生長的新機制，開發(fā)了一種全新的鈦酸鉀晶須合成方法，該方法可以顯著降低六鈦酸鉀晶須的生產(chǎn)成本，與現(xiàn)有燒結法和同類產(chǎn)品相比，市場前景廣闊，經(jīng)濟效益可觀，主要優(yōu)點如下(1)本發(fā)明所述方法使用的原材料均為目前常見易得的工業(yè)化原料，煅燒生產(chǎn)設備廉價且適合大規(guī)模的連續(xù)工業(yè)生產(chǎn)。
(2)大大降低了煅燒合成溫度，降幅可達100～200℃(與1100℃的參考溫度相比)，顯著縮短了煅燒合成時間。
(3)工序大大簡化，可以利用崩解效應一次合成六鈦酸鉀晶須，適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
(4)大大降低了原料損耗、設備損耗和能耗。
(5)可以同時實現(xiàn)納米級和微米級六鈦酸鉀晶須的規(guī)?；a(chǎn)，且有悖于常規(guī)，納米六鈦酸鉀晶須比微米六鈦酸鉀晶須具有更低的生產(chǎn)成本。
權利要求
1.一種基于崩解效應的鈦酸鉀晶須或鈦酸鉀顆粒的制備方法，其特征在于，利用崩解效應、或串并聯(lián)效應、或二者結合生長合成鈦酸鉀晶須，所述晶須的合成以常見的鈦源化合物和鉀源化合物為原料，在煅燒爐中，經(jīng)高溫煅燒崩解和/或串并聯(lián)合成納米級或者微米級的六鈦酸鉀晶須，具體合成步驟如下1)將鈦源化合物與鉀源化合物按摩爾比為1∶1～8∶1混合；2)將混合粉在800～1300℃煅燒0.2～6小時；3)水洗、干燥。
2.根據(jù)權利要求1所述基于崩解效應的鈦酸鉀晶須或鈦酸鉀顆粒的制備方法，其特征在于，所述鈦源化物，其粒度是決定鈦酸鉀晶須生長模式的關鍵因素，以臨界粒度值Cd為基準，所述鈦源化合物原料粒度大于Cd時，鈦源化合物將按照崩解模式生長鈦酸鉀晶須；鈦源化合物原料粒度小于Cd時，鈦源化合物將按照串并聯(lián)模式生長鈦酸鉀晶須；所述Cd在60～300nm范圍內；包括(1)用于直接崩解合成納米鈦酸鉀晶須時或在此基礎上通過串并聯(lián)合成微米鈦酸鉀晶須，鈦源化合物粒度在Cd～500nm之間；(2)用于直接崩解合成微米鈦酸鉀晶須時，鈦源化合物粒度在500nm以上；(3)用于直接串并聯(lián)合成直徑小于100nm的納米鈦酸鉀晶須時，鈦源化合物粒度小于Cd，且Cd，值在100nm以下，或者鈦源化合物粒度小于100nm且Cd，值在100nm以上。
3.根據(jù)權利要求1或2所述基于崩解效應的鈦酸鉀晶須或鈦酸鉀顆粒的制備方法，其特征在于，所述直接崩解合成納米鈦酸鉀晶須可以直接在900～1050℃溫度段煅燒0.2～6小時；所述在直接崩解合成納米鈦酸鉀晶須的基礎上通過串并聯(lián)合成微米鈦酸鉀晶須時可以采用如下兩種工藝路線(1)兩步溫度煅燒工藝，即先在900～1050℃溫度段煅燒0.2～6小時，首先崩解合成納米鈦酸鉀晶須，然后再升溫至1050～1300℃溫度段，煅燒0.2～6小時串并聯(lián)合成微米級鈦酸鉀晶須；(2)一步煅燒工藝直接在900～1300℃溫度段，煅燒0.2～6小時，直接合成微米級鈦酸鉀晶須或顆粒。
4.根據(jù)權利要求1或2所述基于崩解效應的鈦酸鉀晶須或鈦酸鉀顆粒的制備方法，其特征在于，所述直接崩解合成微米鈦酸鉀晶須時可以直接在900～1300℃溫度段，煅燒0.2～6小時；所述直接串并聯(lián)合成納米鈦酸鉀晶須時可以直接在800～1100℃溫度段，煅燒0.2～6小時。
5.根據(jù)權利要求1所述基于崩解效應的鈦酸鉀晶須或鈦酸鉀顆粒的制備方法，其特征在于，所述鈦源化合物為金紅石型、銳鈦礦型或板鈦礦型的鈦白粉、或鈦黃粉、或鈦鐵礦、或高鈦渣，或它們中一種以上的混合物。
6.根據(jù)權利要求1所述基于崩解效應的鈦酸鉀晶須或鈦酸鉀顆粒的制備方法，其特征在于，所述鉀源化合物是工業(yè)碳酸鉀、氯化鉀、硝酸鉀、或者氫氧化鉀。
7.根據(jù)權利要求1所述基于崩解效應的鈦酸鉀晶須或鈦酸鉀顆粒的制備方法，其特征在于，所述煅燒氣氛為在空氣中直接煅燒、或者在真空條件下煅燒、或者在額外的鉀源氣氛中煅燒，或者是任意二種氣氛的組合。
8.根據(jù)權利要求1所述基于崩解效應的鈦酸鉀晶須或鈦酸鉀顆粒的制備方法，其特征在于，所述鈦源化合物與鉀源化合物的混合方式采用干混或者水混，其中水混采用如下步驟(1)配置碳酸鉀水溶液，其濃度小于等于碳酸鉀的碳酸鉀飽和水溶液；(2)碳酸鉀水溶液與鈦源化合物攪拌混合；(3)干燥后機械粉碎、或者直接噴霧干燥或旋轉閃蒸干燥。
9.根據(jù)權利要求1所述基于崩解效應的鈦酸鉀晶須或鈦酸鉀顆粒的制備方法，其特征在于，所述煅燒用設備是快速崩解煅燒爐、箱式爐、井式爐、隧道窯或回轉窯。
10.根據(jù)權利要求1所述基于崩解效應的鈦酸鉀晶須或鈦酸鉀顆粒的制備方法，其特征在于，所述的崩解效應和串并聯(lián)效應可用于煅燒合成四鈦酸鉀或八鈦酸鉀晶須或者顆粒。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于納米和微米材料制備技術領域的一種基于崩解效應的鈦酸鉀晶須或鈦酸鉀顆粒的制備方法，尤其涉及納米和微米六鈦酸鉀晶須的制備方法。該方法是利用崩解效應和串并聯(lián)效應而合成鈦酸鉀晶須，所述晶須的合成以常見的鈦源化合物和鉀源化合物為原料，在煅燒爐中，經(jīng)高溫煅燒，直接崩解合成或擴散崩解與串并聯(lián)合成等一步合成納米級或者微米級的六鈦酸鉀晶須。本發(fā)明所用的煅燒生產(chǎn)設備廉價、工藝簡單便于控制、煅燒溫度低、生產(chǎn)周期短、適合規(guī)?；a(chǎn)；所生產(chǎn)的鈦酸鉀晶須成本低、品質高，利用常規(guī)設備和常規(guī)原料即可實現(xiàn)微米和納米六鈦酸鉀晶須的合成，且納米六鈦酸鉀晶須比微米六鈦酸鉀晶須具有更低的生產(chǎn)成本。
文檔編號C30B29/62GK101041906SQ20071006463
公開日2007年9月26日 申請日期2007年3月21日 優(yōu)先權日2007年3月21日
發(fā)明者申玉田, 徐艷姬, 杜景峰 申請人:徐艷姬