CN105734670B - 一种六钛酸钾柱晶的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种六钛酸钾柱晶的合成方法，属于无机盐陶瓷材料制造技术领域。技术方案是：第一步混料，将含钛原料、含钾原料和少量含钠原料在水溶液中进行湿法混料，然后进行滚筒刮板干燥机干燥；第二步煅烧，在高温炉中，以1‑2℃/分钟的升温速率，升温至900‑1100℃，停留3‑6小时，自然冷却；第三步破碎和分级，在冲击磨中破碎分级，即得到成品。本发明合成出来的六钛酸钾柱晶，不同于一般的六钛酸钾或六钛酸钠，表现出了极其优秀的隔热性能，均匀性优良，合成过程极为简单，能耗小，成本低，生产周期短，实现了零污染，收率大于99%，堆积密度0.8～0.9g/cm2,柱晶的平均长度为5‑15微米，平均直径为0.8‑2.0微米，平均长径比为3‑10。

Description

一种六钛酸钾柱晶的合成方法
技术领域
本发明涉及一种六钛酸钾柱晶的合成方法，属于无机盐陶瓷材料制造技术领域。
背景技术
非致癌的钛酸钾纤维摩擦材料作为摩擦控制剂，已经广泛用于汽车的制动垫。含钛酸钾纤维的摩擦材料具有优良的滑动性能和良好的制动效果，且对制动片没有损害作用，深受用户的喜爱。由于钛酸钾纤维是以纤维形式出现，体积庞大，流动性差，在制造摩擦材料时易出现沉积在进料通道的壁上和堵塞通道的倾向，成为本领域的一个问题点。此外，钛酸钾纤维的堆积密度小，使用过程中容易悬浮在空气中，对人体构成一定的危害，ILO（The International Labor Organization）和DFG（Deutsche Forschungsgemeinschaft）将直径不大于3μm、长度不小于5μm、并且长径比不小于3的纤维定义为可吸入纤维，病理学研究表明，可吸入纤维对人体构成潜在危害，钛酸钾纤维属于可吸入纤维范畴，欧盟和美国已经禁止钛酸钾纤维在摩擦材料中使用。但是，钛酸钾纤维已经被广泛接受和认可，因此，如何寻找一个可以替代钛酸钾纤维的材料，正是钛酸钾柱晶产生的一个重要原因。
中国专利CN201510231393.1介绍了一种钛酸钠柱晶的合成方法，先将含钛原料、含钠原料和含钾原料在水溶液中进行湿法混料，然后进行滚筒刮板干燥机干燥，再在高温炉中，以1-4℃/分钟的升温速率，升温至900-1200℃，停留2-8小时，再以1∶5-10的固液体积比，加入到纯水中，搅拌1-2小时，最后干燥脱水，经过分级机分级，即为成品。该技术存在问题是：过程较为繁琐，还涉及到工业废水的处理和回收，能耗较大，周期较长，成本较高，不利于产品的推广应用。
中国专利CN200610132373.X介绍了柱状六钛酸钾晶体及其合成方法，该方法以钛白粉（TiO2）和碳酸钾（K2CO3）为原料，包括配料/混料、造粒、煅烧、粉碎/分离四个步骤。按本方法合成出的六钛酸钾晶体材料的特征是结晶形态为无数根柱状晶体交叉成族群结构，各晶体近似成椭圆或多边柱体，且平直、端部及表面圆滑、沿长度方向粗细均匀，但长短不齐，经粉碎/分离后，最终产品成为柱状晶体为主，颗粒状晶体为辅的单晶体材料。该方法所得的产品，均匀性欠佳。
中国专利CN201210374693.1介绍了柱状六钛酸钾的制备方法，该方法包含如下步骤：a、将100目的含钛原料和含钾原料按照TiO2/K2O=4～7的摩尔比混合均匀；b、混合均匀后的物料置于1100～1300℃的温度环境下烧结1～4h，使物料充分反应；c、将步骤b烧结后的物料快速冷却，然后在60～80℃的恒温环境下用水将冷却后的物料进行充分解离，最后过滤、干燥即得柱状六钛酸钾产品。该方法所得产品的形状不规则，过程繁杂，能耗大，成本较高，且均匀性欠佳。
如何获得形状规则、均匀性良好、过程简单、成本低廉的六钛酸钾柱晶，是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明目的是提供一种六钛酸钾柱晶的合成方法，选用烧结法，过程简单，能耗小，成本较低，生产周期短，且无任何环境污染，收率大，合成的产品具有良好的外观尺寸，均匀性良好，解决背景技术存在的上述问题。
本发明技术方案是：
一种六钛酸钾柱晶的合成方法，包含如下步骤：
第一步混料，将含钛原料、含钾原料和含钠原料在水溶液中进行湿法混料，然后进行滚筒刮板干燥机干燥；
第二步煅烧，在高温炉中，以1-2℃/分钟的升温速率，升温至900-1100℃，停留3-6小时，自然冷却；
第三步破碎和分级，在冲击磨中破碎分级，即得到成品。
本发明具体步骤如下：
①将含钛原料和含钾原料按照TiO2∶K2O=6.5～9.0摩尔比的比例称量，将含钠原料按总质量1-4%的比例称量；
②将上述原料倒入水溶液中进行机械搅拌，湿法混料，将混合均匀的浆料进入滚筒刮板干燥机进行干燥，得到混合均匀的粉体料；
③将上述混合均匀的粉体料置于陶瓷坩埚中，在高温炉中，以1-2℃/分钟的升温速率，升温至900-1100℃，停留3-6小时，自然冷却至室温，成为团聚的白色块状体；含钠原料在此起到了降低原料混合物熔点，改善晶体生长环境的作用，同时参与化学反应，由于是程序升温，六钛酸钠晶体的生长温度比六钛酸钾晶体的生长温度要低一些，因此，先生成的少量六钛酸钠晶体，还起到晶种作用，随后高温反应生成的六钛酸钾在此晶种表面逐步包覆伴生或共生，共同生长为较大的混合柱晶，其中六钛酸钾的含量不小于90%；
④将上述团聚的白色块状体进入超微冲击磨中进行破碎，分级，成为白色粉状物，即为成品。
所述含钛原料，是指钛白粉、金红石、锐钛矿、板钛矿、偏钛酸等的一种或两种以上的混合物。
所述含钾原料，是指无水碳酸钾、无水碳酸氢钾、氢氧化钾等的一种或两种以上的混合物。
所述含钠原料，是指无水碳酸钠、无水碳酸氢钠、氢氧化钠等的一种或两种的混合物；
本发明的有益效果：本发明合成出来的六钛酸钾柱晶，不同于一般的六钛酸钾和六钛酸钠，表现出了极其优秀的隔热性能，均匀性优良，合成过程极为简单，能耗小，成本低，生产周期短，实现了零污染，收率大于99%，堆积密度0.8～0.9g/cm2,平均长度为5-15微米，平均直径为0.8-2.0微米，平均长径比为3-10。
附图说明
图1为本发明实施例成品的SEM图（10.0µm）；
图2为本发明实施例成品的SEM图（20.0µm）；
图3为本发明实施例成品的SEM图（50.0µm）；
图4为本发明实施例不加含钠原料的钛酸钾SEM图（20.0µm）；
图5本发明实施例成品的XRD图。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明做进一步说明。
一种六钛酸钾柱晶的合成方法，包含如下具体步骤：
①将含钛原料和含钾原料按照TiO2∶K2O=6.5～9.0摩尔比的比例称量，将含钠原料按总质量1-4%的比例称量；
②将上述原料倒入水溶液中进行机械搅拌，湿法混料，将混合均匀的浆料进入滚筒刮板干燥机进行干燥，得到混合均匀的粉体料；
③将上述混合均匀的粉体料置于陶瓷坩埚中，在高温炉中，以1-2℃/分钟的升温速率，升温至900-1100℃，停留3-6小时，自然冷却至室温，成为团聚的白色块状体；含钠原料在此降低原料混合物熔点，改善晶体生长环境，同时参与化学反应；六钛酸钠晶体的生长温度比六钛酸钾晶体的生长温度要低一些，先生成的少量六钛酸钠晶体，起到晶种作用，随后高温反应生成的六钛酸钾在此晶种表面逐步包覆伴生或共生，共同生长为较大的混合柱晶，其中六钛酸钾的含量不小于90%；
④将上述团聚的白色块状体进入超微冲击磨中进行破碎，分级，成为白色粉状物，即为成品。
成品的SEM图，参见附图1、2、3、4；成品的XRD图参见附图5。
实施例1：
(1)将含钛原料和含钾原料按照TiO2∶K2O=6.5摩尔比的比例称量，将含钠原料按总质量1.5%的比例称量；
(2)将上述原料倒入水溶液中进行机械搅拌，湿法混料，将混合均匀的浆料进入滚筒刮板干燥机进行干燥，得到混合均匀的粉体料；
(3)将上述混合均匀的粉体料置于陶瓷坩埚中，在高温炉中，以2℃/分钟的升温速率，升温至1100℃，停留3小时，自然冷却至室温，成为团聚的白色块状体；
(4)将上述团聚的白色块状体进入超微冲击磨中进行破碎，分级，成为白色粉状物，即为成品。
实施例2：
(1)将含钛原料和含钾原料按照TiO2∶K2O=8.5摩尔比的比例称量，将含钠原料按总质量3.5%的比例称量；
(2)将上述原料倒入水溶液中进行机械搅拌，湿法混料，将混合均匀的浆料进入滚筒刮板干燥机进行干燥，得到混合均匀的粉体料；
(3)将上述混合均匀的粉体料置于陶瓷坩埚中，在高温炉中，以1℃/分钟的升温速率，升温至1100℃，停留4小时，自然冷却至室温，成为团聚的白色块状体；
(4)将上述团聚的白色块状体进入超微冲击磨中进行破碎，分级，成为白色粉状物，即为成品。
实施例3：
(1)将含钛原料和含钾原料按照TiO2∶K2O=7.0摩尔比的比例称量，将含钠原料按总质量4.0%的比例称量；
(2)将上述原料倒入水溶液中进行机械搅拌，湿法混料，将混合均匀的浆料进入滚筒刮板干燥机进行干燥，得到混合均匀的粉体料；
(3)将上述混合均匀的粉体料置于陶瓷坩埚中，在高温炉中，以1℃/分钟的升温速率，升温至1050℃，停留5小时，自然冷却至室温，成为团聚的白色块状体；
(4)将上述团聚的白色块状体进入超微冲击磨中进行破碎，分级，成为白色粉状物，即为成品。
实施例4：
(1)将含钛原料和含钾原料按照TiO2∶K2O=9.0摩尔比的比例称量，将含钠原料按总质量2.0%的比例称量；；
(2)将上述原料倒入水溶液中进行机械搅拌，湿法混料，将混合均匀的浆料进入滚筒刮板干燥机进行干燥，得到混合均匀的粉体料；
(3)将上述混合均匀的粉体料置于陶瓷坩埚中，在高温炉中，以1℃/分钟的升温速率，升温至1050℃，停留5小时，自然冷却至室温，成为团聚的白色块状体；
(4)将上述团聚的白色块状体进入超微冲击磨中进行破碎，分级，成为白色粉状物，即为成品。
实施例5：
(1)将含钛原料和含钾原料按照TiO2∶K2O=5.5摩尔比的比例称量，不加含钠原料；
(2)将上述原料倒入水溶液中进行机械搅拌，湿法混料，将混合均匀的浆料进入滚筒刮板干燥机进行干燥，得到混合均匀的粉体料；
(3)将上述混合均匀的粉体料置于陶瓷坩埚中，在高温炉中，以1℃/分钟的升温速率，升温至1050℃，停留3小时，自然冷却至室温，成为团聚的白色块状体；
(4)将上述团聚的白色块状体进入超微冲击磨中进行破碎，分级，成为白色粉状物，即为成品。
本发明合成的六钛酸钾柱晶，使用不受限制，价格便宜，可以替代价格较高的六钛酸钾纤维，而且隔热性能也优于六钛酸钾纤维。

Claims (4)

1.一种六钛酸钾柱晶的合成方法，其特征在于：
包含如下步骤：
第一步混料，将含钛原料、含钾原料和含钠原料在水溶液中进行湿法混料，然后进行滚筒刮板干燥机干燥；具体操作如下：
将含钛原料和含钾原料按照TiO2∶K2O=6.5～9.0摩尔比的比例称量，将含钠原料按总质量1-4%的比例称量；将上述原料倒入水溶液中进行机械搅拌，湿法混料，将混合均匀的浆料进入滚筒刮板干燥机进行干燥，得到混合均匀的粉体料；
第二步煅烧，在高温炉中，以1-2℃/分钟的升温速率，升温至900-1100℃，停留3-6小时，自然冷却；具体操作如下：
将上述混合均匀的粉体料置于陶瓷坩埚中，在高温炉中，以1-2℃/分钟的升温速率，升温至900-1100℃，停留3-6小时，自然冷却至室温，成为团聚的白色块状体；含钠原料在此降低原料混合物熔点，改善晶体生长环境，同时参与化学反应；六钛酸钠晶体的生长温度比六钛酸钾晶体的生长温度要低一些，先生成的少量六钛酸钠晶体，起到晶种作用，随后高温反应生成的六钛酸钾在此晶种表面逐步包覆伴生或共生，共同生长为较大的混合柱晶，其中六钛酸钾的含量不小于90%；
第三步破碎和分级，在冲击磨中破碎分级，即得到成品；具体操作如下：
将上述团聚的白色块状体进入超微冲击磨中进行破碎，分级，成为白色粉状物，即为成品。
2.根据权利要求1所述的六钛酸钾柱晶的合成方法，其特征在于：所述含钛原料，是指钛白粉、锐钛矿、板钛矿、金红石、高钛渣的一种或两种以上的混合物。
3.根据权利要求1所述的六钛酸钾柱晶的合成方法，其特征在于：所述含钾原料，是指无水碳酸钾、无水碳酸氢钾、氢氧化钾的一种或两种以上的混合物。
4.根据权利要求1所述的六钛酸钾柱晶的合成方法，其特征在于：所述含钠原料，是指无水碳酸钠、无水碳酸氢钠、氢氧化钠的一种或两种的混合物。
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