[發明專利]高能球磨輔助合成六鈦酸鉀晶須的方法

無效

• 申請號: 200910172492.1
• 申請日: 2009-10-01
• 公開（公告）號: CN101694009A
• 公開（公告）日: 2010-04-14
• 發明（設計）人: 王剛;陳康康;王來穩;李代兵
• 申請（專利權）人: 中鋼集團洛陽耐火材料研究院有限公司
• 主分類號: C30B29/32
• 分類號: C30B29/32;C30B29/62;C30B1/10
• 代理公司: 洛陽明律專利代理事務所 41118
• 代理人: 盧洪方

技術領域：

本發明屬于無機材料制備技術領域，涉及一種高能球磨輔助合成 六鈦酸鉀晶須的方法。

背景技術：

在各種不同的鈦酸鉀晶須中，六鈦酸鉀晶須是目前應用最為廣泛 的，其獨特的隧道結構使得其不僅具有優異的力學性能，而且具有很 多獨特的物理特性，如較高的強度和彈性模量、高耐磨性、優良的導 電性、化學穩定性和低熱導率等，而且其生產成本不高，在增強材料、 摩擦材料和隔熱材料等領域得到了廣泛的應用。

目前常用的合成制備方法主要有燒結法、水熱法、熔融法和KDC 法等。水熱法可以得到形貌質量較好的晶須，但是工藝復雜、成本較 高，且具有一定的危險性，這也限制了其在大規模工業生產中的應用。 現有的生產工藝中，如申請號為01134183.1的專利，其生產方法包 括：混合、燒結、驟冷、分散處理、分離、洗滌、干燥、高溫結晶燒 結、二次分散處理、二次干燥處理和篩分等步驟；申請號為 200410054039.8的專利中合成六鈦酸鉀晶須的步驟為：按TiO₂∶ K₂O＝1.9～2.5的摩爾比配料，通過機械球磨混合均勻后，置于900～ 1300℃的隧道窯中停留1～2小時得到熔融體；接著將熔融體倒入金 屬槳葉制成微型顆粒；微型顆粒與純水置于反應器中，加熱60～98 ℃，加入稀酸，攪1～4小時成懸浮液；懸浮液固液分離成無定形水 合物在低于100℃下脫去表面水；置于500～800℃隧道窯，燒結1～ 4小時；使用純水洗滌物料；物料脫去表面水，在200～300℃下干燥， 即可得到六鈦酸鉀晶須制品。

上述的生產工藝均比較復雜，在工業大規模生產中實施較為困 難。燒結法工藝簡單，成本低，具有在大規模工業生產中應用的潛力， 但是其較高的合成溫度(最佳合成溫度在1000～1200℃)使得K₂O 在反應過程中大量揮發損耗，這就要求原料配比中包含過量的K₂O， 否則隨著反應的進行K₂O含量會越來越低，而當含量過低時無法合 成六鈦酸鉀晶須，產物中就會出現殘余的TiO₂；同時由于K₂O的揮 發嚴重，使得反應環境中的K₂O含量不斷發生著動態變化，因此很 難精確的控制K₂O的含量，這顯著影響了反應過程的平穩均勻進行， 并使得工藝過程控制困難，造成晶須產率和質量的降低。目前的合成 工藝對于這一問題均沒有提出合理的解決方案，這也成為六鈦酸鉀晶 須工業大規模生產的主要障礙。

與普通機械球磨相比較，高能球磨具有非常高的破碎效率，而且 在外部機械力的作用下，球磨罐、研磨球和原料顆粒充分碰撞，顆粒 在球磨過程中得到了反復的擠壓、變形、斷裂和冷焊，使得顆粒表面 的缺陷大幅增加，顆粒尺寸逐漸得到細化，同時顆粒表面的化學鍵被 打斷，產生大量的不飽和鍵、自由電子和離子，晶體內能增大，原子 活性得到提高，大大促進了顆粒分布的均勻化。

發明內容：

針對目前的合成工藝中存在的合成溫度高、K₂O揮發嚴重、工藝 控制困難和產品質量不穩定的問題，本發明提出一種高能球磨輔助合 成六鈦酸鉀晶須的方法，以克服現有合成工藝所存在的缺陷。

本發明提供的制備方法是以工業級銳鈦礦型二氧化鈦和工業級 無水碳酸鉀做原料，在一定條件下對原料進行高能球磨處理，然后經 熱處理得到組分均勻、單相的六鈦酸鉀晶須。

本發明采用高能球磨對原料進行處理，可以將合成溫度降低至 700～800℃，在這個溫度范圍內進行熱處理的過程中，原料中的K₂O 沒有揮發，充分反應生成六鈦酸鉀晶須，這樣就可以實現配料時直接 按照六鈦酸鉀(K₂Ti₆O₁₃)晶須的理論摩爾比稱量，避免了其它工藝 在合成過程中原料配比浮動較大的問題，有利于反應過程的精確控制 和平穩均勻的進行，同時該方法具有生產成本低、工藝簡單、工藝參 數易控、可批量生產的特點。

本發明提供的六鈦酸鉀晶須的制備方法，包括以下內容：

1、原料的選擇：選用低廉的工業級無水碳酸鉀和工業級銳鈦礦 型二氧化鈦做原料，原料按K₂O∶TiO₂＝1∶6的理論摩爾比配料。

2、球磨方式的選擇：高能球磨機，采用干磨的方式。