專利名稱：一種以金屬鋁為鋁源的非水解溶膠-凝膠工藝低溫制備的鈦酸鋁粉體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陶瓷粉體制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以金屬鋁為鋁源的非水解溶膠-凝膠工藝低溫制備的鈦酸鋁粉體及其制備方法。
背景技術(shù)：
鈦酸鋁集低膨脹和耐高溫優(yōu)良性能于一身，同時(shí)還具有熔點(diǎn)高、熱導(dǎo)率低、膨脹系數(shù)小、抗熱震性好、耐腐蝕性強(qiáng)及對(duì)多種金屬和玻璃熔體不浸潤(rùn)等特點(diǎn)，在鋼鐵、有色金屬、 玻璃、化工、汽車、軍事工業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。鈦酸鋁粉體是制備鈦酸鋁陶瓷材料重要的原材料。選用價(jià)格低廉的反應(yīng)原料，降低鈦酸鋁粉體的合成溫度，從而達(dá)到降低生產(chǎn)成本的目的，是鈦酸鋁陶瓷材料能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化并得到廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。目前制備鈦酸鋁粉體的方法主要有固相法、燃燒法、共沉淀法、水解溶膠-凝膠法、非水解溶膠-凝膠法等。固相法直接采用固體氧化鋁和氧化鈦為原料，機(jī)械混合后一般需經(jīng)1400 1500°C煅燒才能合成鈦酸鋁粉體；燃燒法需要加入大量燃料以提供合成鈦酸鋁所需能量，并且合成溫度在 1300°C以上；共沉淀法需要通過調(diào)節(jié)pH值使得鋁、鈦離子均勻沉淀，控制工藝較復(fù)雜，合成溫度一般在 1300°C左右(見 Y. X. Huang，Materials Research Bulletin, 2002, Vol. 37, P99 111)；溶膠-凝膠法具有顆粒細(xì)小，分散均勻，化學(xué)計(jì)量易控制等優(yōu)點(diǎn)，但其所用前驅(qū)體原料大多為昂貴的金屬醇鹽，為此，本課題組在ZL200610005317.X中公開了一種以無機(jī)鹽硝酸鋁為鋁源應(yīng)用水解溶膠-凝膠工藝合成鈦酸鋁的方法，它較之于使用鋁醇鹽作鋁源，原料成本明顯降低，但合成溫度高達(dá)1350°C ；本課題組在ZL200610005316. 5中公開了一種以無機(jī)鹽氯化鋁和四氯化鈦為前驅(qū)體原料的非水解溶膠-凝膠法，使鈦酸鋁的合成溫度降低到750°C，但必須使用無水氯化鋁作為鋁源，而無水氯化鋁本身容易吸水，它既不易保存也不便于稱量。本發(fā)明直接利用金屬鋁作鋁源，通過加入催化劑引發(fā)非水解溶膠-凝膠反應(yīng)，在750°C低溫制備鈦酸鋁粉體，這是一項(xiàng)迄今未見國內(nèi)外任何文獻(xiàn)報(bào)道的創(chuàng)新研究成果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種以廉價(jià)金屬鋁為鋁源，制備工藝簡(jiǎn)單、合成溫度低的鈦酸鋁粉體及其制備方法。為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種以金屬鋁為鋁源的非水解溶膠-凝膠工藝低溫制備的鈦酸鋁粉體，以金屬鋁和四氯化鈦為前驅(qū)體，以無水低碳醇為氧供體，以無水氯化鐵、無水氯化鋁、無水氯化鋯、無水氯化鎂以及單質(zhì)碘中的一種或多種為催化劑，所述金屬鋁、四氯化鈦、低碳醇和催化劑，按摩爾百分比2 1 (8 38) (0.01 0.25)，采用非水解溶膠-凝膠工藝低溫合成得到鈦酸鋁粉體。所述金屬鋁為鋁粉、鋁屑或鋁片。所述的低碳醇優(yōu)選無水乙醇、正丁醇或異丙醇。
上述鈦酸鋁粉體的制備方法，包括以下步驟(1)在通風(fēng)櫥中，量取一定量低碳醇放入干燥廣口瓶?jī)?nèi)，將廣口瓶置于冷水浴中， 然后在其中加入一定量的金屬鋁；(2)按鈦酸鋁的化學(xué)計(jì)量比用移液管量取一定量四氯化鈦，緩慢將其滴入到盛有低碳醇與金屬鋁的廣口瓶?jī)?nèi)，攪拌均勻后加入一定量的催化劑，最終形成前驅(qū)體混合液；(3)將前驅(qū)體混合溶液在油浴加熱的條件下回流一定時(shí)間形成濕凝膠，經(jīng)過干燥后得到干凝膠；(4)鈦酸鋁干凝膠經(jīng)過研磨、煅燒得到鈦酸鋁粉體。所述回流溫度為70 130°C，回流時(shí)間為7 M小時(shí)。所述干凝膠粉的煅燒溫度為750°C，保溫30 60分鐘。本發(fā)明在國際上首次采用金屬鋁作為鋁源，巧妙利用四氯化鈦和低碳醇反應(yīng)形成的氯化氫廢氣和催化劑，促使金屬鋁的活化，使其轉(zhuǎn)化為氯化鋁，通過非水解溶膠-凝膠法在750°C成功制備出鈦酸鋁粉體。與使用鋁醇鹽或者無機(jī)鋁鹽相比，金屬鋁成本更低，而且更易保存和稱量，提高鈦酸鋁的合成效果。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖1和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。實(shí)施例1稱取1. 9683g鋁粉放入裝有22ml無水乙醇的干燥錐形瓶中，用移液管按鈦酸鋁的化學(xué)計(jì)量比量取細(xì)1四氯化鈦緩慢滴入該錐形瓶，再加入0. 59g氯化鐵，劇烈攪拌后將該錐形瓶放入80°C油浴，冷凝回流幾，得到鈦酸鋁前驅(qū)體混合物，經(jīng)過3小時(shí)紅外干燥得到鈦酸鋁干凝膠粉。將干凝膠粉研磨，經(jīng)750°C保溫30分鐘熱處理，即得到本發(fā)明的鈦酸鋁粉體。實(shí)施例2稱取1. 9683g鋁粉放入裝有22ml無水乙醇的干燥錐形瓶中，用移液管按鈦酸鋁的化學(xué)計(jì)量比量取細(xì)1四氯化鈦緩慢滴入該錐形瓶，再加入0. 95g氯化鋁，劇烈攪拌后將該錐形瓶放入110°C油浴，冷凝回流15h，得到鈦酸鋁前驅(qū)體混合物，經(jīng)過3小時(shí)紅外干燥得到鈦酸鋁干凝膠粉。將干凝膠粉研磨，經(jīng)750°C保溫60分鐘熱處理，即得到本發(fā)明的鈦酸鋁粉體。實(shí)施例3稱取1. 9683g鋁粉放入裝有2細(xì)1無水異丙醇的干燥錐形瓶中，用移液管按鈦酸鋁的化學(xué)計(jì)量比量取細(xì)1四氯化鈦緩慢滴入該錐形瓶，再加入0. Ig碘，劇烈攪拌后將該錐形瓶放入130°C油浴，冷凝回流Mh，得到鈦酸鋁前驅(qū)體混合物，經(jīng)過3小時(shí)紅外干燥得到鈦酸鋁干凝膠粉。將干凝膠粉研磨，經(jīng)750°C保溫60分鐘熱處理，即得到本發(fā)明的鈦酸鋁粉體。實(shí)施例4稱取2. 948g鋁粉放入裝有40ml無水乙醇的干燥錐形瓶中，用移液管按鈦酸鋁的化學(xué)計(jì)量比量取6ml四氯化鈦緩慢滴入該錐形瓶，再加入1. 2g氯化鋁，劇烈攪拌后將該錐形瓶放入80°C油浴，冷凝回流15h，得到鈦酸鋁前驅(qū)體混合物，經(jīng)過3小時(shí)紅外干燥得到鈦酸鋁干凝膠粉。將干凝膠粉研磨，即得到本發(fā)明的鈦酸鋁粉體。實(shí)施例5稱取2. 948g鋁粉放入裝有80ml正丁醇的干燥錐形瓶中，用移液管按鈦酸鋁的化學(xué)計(jì)量比量取6ml四氯化鈦緩慢滴入該錐形瓶，再加入0. 18g碘，劇烈攪拌后將該錐形瓶放入80°C油浴，冷凝回流15h，得到鈦酸鋁前驅(qū)體混合物，經(jīng)過3小時(shí)紅外干燥得到鈦酸鋁干凝膠粉。將干凝膠粉研磨，經(jīng)750°C保溫30分鐘熱處理，即得到本發(fā)明的鈦酸鋁粉體。實(shí)施例6稱取2. 948g鋁粉放入裝有80ml無水乙醇的干燥錐形瓶中，用移液管按鈦酸鋁的化學(xué)計(jì)量比量取6ml四氯化鈦緩慢滴入該錐形瓶，再加入0. 3g碘和0. 4g氯化錯(cuò)，劇烈攪拌后將該錐形瓶放入110°C油浴，冷凝回流15h，得到鈦酸鋁前驅(qū)體混合物，經(jīng)過3小時(shí)紅外干燥得到鈦酸鋁干凝膠粉。將干凝膠粉研磨，經(jīng)750°C保溫30分鐘熱處理，即得到本發(fā)明的鈦酸鋁粉體。實(shí)施例7稱取2. 948g鋁粉放入裝有80ml無水乙醇的干燥錐形瓶中，用移液管按鈦酸鋁的化學(xué)計(jì)量比量取6ml四氯化鈦緩慢滴入該錐形瓶，再加入1.7g氯化鋁和0. 65g氯化鎂，劇烈攪拌后將該錐形瓶放入80°C油浴，冷凝回流15h，得到鈦酸鋁前驅(qū)體混合物，經(jīng)過3小時(shí)紅外干燥得到鈦酸鋁干凝膠粉。將干凝膠粉研磨，經(jīng)750°C保溫30分鐘熱處理，即得到本發(fā)明的鈦酸鋁粉體。
權(quán)利要求
1.一種以金屬鋁為鋁源的非水解溶膠-凝膠工藝低溫制備的鈦酸鋁粉體，其特征在于以金屬鋁和四氯化鈦為前驅(qū)體，無水低碳醇為氧供體，無水氯化鐵、無水氯化鋁、無水氯化鋯、無水氯化鎂以及單質(zhì)碘中的一種或多種為催化劑，所述金屬鋁、四氯化鈦、低碳醇和催化劑，按摩爾百分比2 1 8 38 0.01 0.25，采用非水解溶膠-凝膠工藝低溫合成得到鈦酸鋁粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫制備的鈦酸鋁粉體，其特征在于所述金屬鋁為鋁粉、鋁屑或鋁片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫制備的鈦酸鋁粉體，其特征在于所述的低碳醇優(yōu)選無水乙醇、正丁醇或異丙醇。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述鈦酸鋁粉體的制備方法，包括以下步驟(1)在通風(fēng)櫥中，量取一定量低碳醇放入干燥廣口瓶?jī)?nèi)，將廣口瓶置于冷水浴中，然后在其中加入一定量的金屬鋁；(2)按鈦酸鋁的化學(xué)計(jì)量比用移液管量取一定量四氯化鈦，緩慢將其滴入到盛有低碳醇與金屬鋁的廣口瓶?jī)?nèi)，攪拌均勻后加入一定量的催化劑，最終形成前驅(qū)體混合液；(3)將前驅(qū)體混合溶液在油浴加熱的條件下回流一定時(shí)間形成濕凝膠，經(jīng)過干燥后得到干凝膠；(4)鈦酸鋁干凝膠經(jīng)過研磨、煅燒得到鈦酸鋁粉體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鈦酸鋁粉體的制備方法，其特征在于所述回流溫度為70 130°C，回流時(shí)間為7 24小時(shí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鈦酸鋁粉體的制備方法，其特征在于所述干凝膠粉的煅燒溫度為750°C，保溫30 60分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種以金屬鋁為鋁源的非水解溶膠-凝膠工藝低溫制備的鈦酸鋁粉體及其制備方法，以金屬鋁、四氯化鈦為前驅(qū)體原料，無水低碳醇為氧供體，選擇合適的催化劑，在750℃低溫制得鈦酸鋁粉體。本發(fā)明利用金屬鋁替代鋁醇鹽和無機(jī)鋁鹽作為鋁源，具有反應(yīng)原料便宜、工藝簡(jiǎn)單、合成溫度低等突出優(yōu)點(diǎn)，適合工業(yè)化大生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C04B35/626GK102432286SQ20111025904
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月2日
發(fā)明者劉健敏, 包鎮(zhèn)紅, 張權(quán), 朱慶霞, 江偉輝, 苗立鋒, 虞澎澎, 譚訓(xùn)彥 申請(qǐng)人:景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院