專利名稱：一種片狀六鈦酸鉀的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開(kāi)了一種片狀六鈦酸鉀的制備方法，屬于增強(qiáng)材料、摩擦材料和耐熱材料的制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鈦酸鉀晶須是一種性能十分優(yōu)異的合成纖維材料，其組成通常用K2 ·ηΤ 02 (η = 1， 2,3,6,8)表示。其中，六鈦酸鉀(K2 - BTiO2)為特殊的隧道狀結(jié)構(gòu)，化學(xué)性能十分穩(wěn)定，具有優(yōu)異的力學(xué)性能和獨(dú)特的物理特性。六鈦酸鉀晶須憑借其高強(qiáng)度，高硬度，高模量，高耐熱性等性能在增強(qiáng)塑料、耐磨材料、耐熱材料中有廣泛的應(yīng)用。隨著汽車(chē)工業(yè)的飛速發(fā)展， 鈦酸鉀憑借其優(yōu)異的耐摩擦性能得到了廣泛的關(guān)注，用鈦酸鉀替代石棉支撐的新型摩擦材料具有優(yōu)良的滑動(dòng)性能和制動(dòng)效果，被用作各種高級(jí)轎車(chē)和輕型車(chē)的剎車(chē)片。但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，鈦酸鉀晶須制備的摩擦材料也存在一些問(wèn)題。比如耐磨性不夠，特別是高溫時(shí)磨損速度較快；鈦酸鉀晶須由于其呈纖維狀，在基體中流動(dòng)性差，在制備摩擦材料時(shí)容易在進(jìn)料通道壁上進(jìn)行沉積從而堵塞通道；同時(shí)由于晶須材料易吸入呼吸道，危害人體健康，許多國(guó)家已經(jīng)對(duì)晶須狀材料提出了限用。針對(duì)以上問(wèn)題，提出一種新的制備六鈦酸鉀片晶的方法具有重要意義。根據(jù)鈦酸鉀的晶體生長(zhǎng)機(jī)理，其產(chǎn)物形貌為晶須狀，現(xiàn)今國(guó)內(nèi)外鮮有關(guān)于制備片狀鈦酸鉀的研究報(bào)道。中國(guó)專利CN 101314480Α，發(fā)明名稱為一種鱗片狀六鈦酸鉀的制備方法，簡(jiǎn)單的以偏鈦酸代替鈦白粉用燒結(jié)法進(jìn)行合成無(wú)法生成片狀的鈦酸鉀。偏鈦酸是鈦白粉的生產(chǎn)中間體，因?yàn)橘?gòu)買(mǎi)廉價(jià)已經(jīng)成為一種廣泛使用的鈦源。偏鈦酸在溫度高于700°C時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)門(mén)iO2，因此不可能引導(dǎo)生成片狀的鈦酸鉀，并且已有大量以偏鈦酸為原料燒結(jié)法制備鈦酸鉀晶須的報(bào)道[Materials research bulletin 2009，44 :1173 1178]，[中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)2008，18 (12) :2270 2274]。在專利中提到的堿洗過(guò)程主要是除去殘留的偏鈦酸，而酸洗是為了中和堿洗過(guò)程中引入的0H—離子，簡(jiǎn)單的酸堿離子反應(yīng)對(duì)產(chǎn)物的晶體結(jié)構(gòu)沒(méi)有影響，更不可能改變燒結(jié)產(chǎn)物的晶體形貌。美國(guó)專利US6677041描述了片狀鈦酸鉀的制備方法，其制備的產(chǎn)物平均尺寸為 1 100 μ m，厚50 lOOOnm，形貌不均勻，特征衍射峰不尖銳，結(jié)晶度差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種六鈦酸鉀片晶的制備方法。該方法制備的六鈦酸鉀片晶平均直徑大小為2 3. 5μπι，厚100 200nm，分散性好，結(jié)晶度高，尺寸均勻，形貌好。一種六鈦酸鉀片晶的制備方法，包含下述步驟第一步制備化學(xué)式為Kai^tl. Jk6O4的鈦酸鎂鉀片晶以碳酸鉀，鈦白，氫氧化鎂為原料，氯化鉀為助熔劑，在酒精中混合均勻進(jìn)行濕磨， 將混合物在800-1100°C下燒結(jié)1 12h ；將燒結(jié)產(chǎn)物破碎，洗滌，過(guò)濾；第二步酸處理
將第一步制備得到的鈦酸鎂鉀片晶在鹽酸溶液中加熱攪拌，然后將反應(yīng)產(chǎn)物固液分離，洗滌；第三步堿處理將第二步得到的產(chǎn)物在氫氧化鉀溶液中攪拌；第四步水熱處理將第三步所得的堿處理產(chǎn)物加入高壓釜中，進(jìn)行水熱反應(yīng)；第五步煅燒將水熱后的產(chǎn)物固液分離、洗滌后進(jìn)行煅燒；隨爐冷卻，即制得六鈦酸鉀片晶。所述的第一步原料中K2CO3 TiO2 Mg(OH)2的摩爾比=1 (3. 8 4. 8) (0. 8 2. 0)。KCl熔鹽質(zhì)量含量為40 60% (以KCl熔融后作為溶解原料的溶劑，該質(zhì)量含量是指KCl占溶質(zhì)和溶劑質(zhì)量總和的百分比)。過(guò)篩后的產(chǎn)物在沸水中攪拌進(jìn)行洗滌，抽濾。所述的第二步中鈦酸鎂鉀片晶在質(zhì)量濃度為40% -60%的鹽酸溶液中加熱至 50 100°C，攪拌 l-8h0所述的第三步中將第二步得到的產(chǎn)物在pH = 12. 0-14. 0的氫氧化鉀溶液中攪拌 12h。所述的第四步中水熱溫度為100 220°C，保溫時(shí)間為2 Mh。所述的第五步中煅燒溫度為700-1100°C，煅燒6 12h。六鈦酸鉀片晶為我國(guó)空白的新材料，該產(chǎn)品與鈦酸鉀晶須相比，它熔點(diǎn)更高，高溫區(qū)磨損更小，能保證在高溫區(qū)的摩擦性能；它堆積密度較大，能減小粉塵飛揚(yáng)引起的環(huán)境污染，并且能完全解決發(fā)生于制動(dòng)裝置的“剎車(chē)噪音”，所以該產(chǎn)品正作為目前最時(shí)髦的環(huán)保型的摩擦控制劑在國(guó)內(nèi)、外廣泛使用?，F(xiàn)今，國(guó)內(nèi)外關(guān)于制備片狀鈦酸鉀的報(bào)道很少，本發(fā)明提供的制備工藝，容易控制，成本低廉，無(wú)環(huán)境污染，收率高。本方法在制備過(guò)程中生產(chǎn)的鈦酸鎂鉀前驅(qū)體也是一種優(yōu)良的環(huán)保型摩擦控制劑， 是當(dāng)代環(huán)保材料的最新一代產(chǎn)品。本方法在堿處理后的水熱反應(yīng)，可以使產(chǎn)物進(jìn)行再結(jié)晶，從而提高在酸洗過(guò)程中由于晶體結(jié)構(gòu)遭到破壞而降低的結(jié)晶度，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。本方法在水熱反應(yīng)后的煅燒過(guò)程，可以去除在酸堿洗過(guò)程中引入層間的水合氫離子，并使產(chǎn)物從四鈦酸鉀向六鈦酸鉀轉(zhuǎn)化。從而提高產(chǎn)品的純度和質(zhì)量。


圖1為實(shí)施例1的六鈦酸鉀片晶的掃描電子顯微鏡(SEM)圖；圖2為實(shí)施例2的六鈦酸鉀片晶的掃描電子顯微鏡(SEM)圖；圖3為實(shí)施例3的六鈦酸鉀片晶的掃描電子顯微鏡(SEM)圖；圖4為本發(fā)明制備的六鈦酸鉀(K2Ti6O13)的XRD圖譜。圖5為美國(guó)專利US6677041制備的六鈦酸鉀片晶的掃描電子顯微鏡(SEM)圖；圖6為美國(guó)專利US6677041制備的六鈦酸鉀(K2Ti6O13)的XRD圖譜。從圖1、2和3可以看出實(shí)施例1、2和3制備的六鈦酸鉀形貌都為片狀，且分散性好，尺寸均勻。片晶的平均直徑大小為2 3.5 μ m，厚100 200nm。而美國(guó)專利制備的六鈦酸鉀產(chǎn)物尺寸大，形貌不均勻，平均尺寸為1 100 μ m，厚50 lOOOnm。從圖4可以看出它與K2Ti6O13的標(biāo)準(zhǔn)譜圖(PDF卡40-0403)吻合得很好，衍射峰尖銳，表示合成的六鈦酸鉀片晶的結(jié)晶度好。而美國(guó)專利制備的六鈦酸鉀產(chǎn)物的特征衍射峰不尖銳(30°，48° )，結(jié)晶度相對(duì)比本發(fā)明要差。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例旨在進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明而非限制本發(fā)明。實(shí)施例1(a)將 Ti02、K2C0jnMg(0H)2 按照摩爾比 K2CO3 TiO2 Mg(OH)2 = I 3. 8 0. 8 的比例均勻混合，再加入KCl，質(zhì)量含量為40 %，將混合物置于球磨罐中，加入200mL酒精進(jìn)行濕磨，球料比為1 3，球磨轉(zhuǎn)速為200r/min，時(shí)間池，球磨干燥后，將粉末在高溫爐中燒結(jié)至1050°C，保溫lh，隨爐冷卻。(b)將制備得到的鈦酸鎂鉀進(jìn)行破碎，過(guò)20目篩，用沸水洗滌后進(jìn)行抽濾。將所得產(chǎn)物在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的HCl溶液中加熱至80°C，攪拌池。(c)將酸處理后的產(chǎn)物進(jìn)行固液分離，洗滌。在KOH溶液中攪拌12h，調(diào)節(jié)pH = 12. O。(d)將上述產(chǎn)物裝入反應(yīng)釜中，在200°C下水熱反應(yīng)4h。(e)將水熱產(chǎn)物經(jīng)過(guò)抽濾分離后，在800°C下煅燒他，隨爐冷卻。即可得到六鈦酸鉀片晶。其中片晶的平均直徑大小為2 3μπι，厚100 200nm。實(shí)施例2(a)將 Ti02、K2C0jnMg(0H)2 按照摩爾比 K2CO3 TiO2 Mg(OH)2 = I 3. 8 2. O 的比例均勻混合，再加入KCl，質(zhì)量含量為50 %，將混合物置于球磨罐中，加入200mL酒精進(jìn)行濕磨，球料比為1 3，球磨轉(zhuǎn)速為200r/min，時(shí)間池，球磨干燥后，將粉末在高溫爐中燒結(jié)至1050°C，保溫5h，隨爐冷卻。(b)將制備得到的鈦酸鎂鉀進(jìn)行破碎，過(guò)20目篩，用沸水洗滌后進(jìn)行抽濾。將所得產(chǎn)物在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的HCl溶液中加熱至80°C，攪拌池。(c)將酸處理后的產(chǎn)物進(jìn)行固液分離，洗滌。在KOH溶液中攪拌12h，調(diào)節(jié)pH = 12. O。(d)將上述產(chǎn)物裝入反應(yīng)釜中，在200°C下水熱反應(yīng)他。(e)將水熱產(chǎn)物經(jīng)過(guò)抽濾分離后，在900°C下煅燒6h，隨爐冷卻。即可得到六鈦酸鉀片晶。其中片晶的平均直徑大小為2 3μπι，厚100 200nm。實(shí)施例3(a)將 Ti02、K2C0jnMg(0H)2 按照摩爾比 K2CO3 TiO2 Mg(OH)2 = I 4. 8 2. O 的比例均勻混合，再加入KCl，質(zhì)量含量為60 %，將混合物置于球磨罐中，加入200mL酒精進(jìn)行濕磨，球料比為1 3，球磨轉(zhuǎn)速為200r/min，時(shí)間池，球磨干燥后，將粉末在高溫爐中燒結(jié)至900°C，保溫8h，隨爐冷卻。(b)將制備得到的鈦酸鎂鉀進(jìn)行破碎，過(guò)20目篩，用沸水洗滌后進(jìn)行抽濾。將所得產(chǎn)物在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%的HCl溶液中加熱至80°C，攪拌池。
(c)將酸處理后的產(chǎn)物進(jìn)行固液分離，洗滌。在KOH溶液中攪拌12h，調(diào)節(jié)pH = 12. 0。(d)將上述產(chǎn)物裝入反應(yīng)釜中，在200°C下水熱反應(yīng)他。(e)將水熱產(chǎn)物經(jīng)過(guò)抽濾分離后，在1100°C下煅燒他，隨爐冷卻。即可得到六鈦酸鉀片晶。其中片晶的平均直徑大小為2 3. 5um，厚100 200nm。
權(quán)利要求
1.一種六鈦酸鉀片晶的制備方法，其特征在于，包含下述步驟第一步制備化學(xué)式為Ka8M^4TiuO4的鈦酸鎂鉀片晶以碳酸鉀，鈦白，氫氧化鎂為原料，氯化鉀為助熔劑，在酒精中混合均勻進(jìn)行濕磨；將混合物在800-1100°C下燒結(jié)1 12h ；將燒結(jié)產(chǎn)物破碎，洗滌，過(guò)濾；第二步酸處理將第一步制備得到的鈦酸鎂鉀片晶在鹽酸溶液中加熱攪拌，然后將反應(yīng)產(chǎn)物固液分離，洗滌；第三步堿處理將第二步得到的產(chǎn)物在氫氧化鉀溶液中攪拌；第四步水熱處理將第三步所得的堿處理產(chǎn)物加入高壓釜中，進(jìn)行水熱反應(yīng)；第五步煅燒將水熱后的產(chǎn)物固液分離、洗滌后進(jìn)行煅燒；隨爐冷卻，即制得六鈦酸鉀片晶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種片狀六鈦酸鉀的制備方法，其特征在于，所述的第一步原料中 K2CO3 TiO2 Mg(OH)2 的摩爾比=1 (3. 8 4. 8) (0. 8 2. 0)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種片狀六鈦酸鉀的制備方法，其特征在于，所述的第一步中，KCl熔鹽質(zhì)量含量為40 60 %。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種片狀六鈦酸鉀的制備方法，其特征在于，所述的第一步中，過(guò)篩后的產(chǎn)物在沸水中攪拌進(jìn)行洗滌，抽濾。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種片狀六鈦酸鉀的制備方法，其特征在于，所述的第二步中鈦酸鎂鉀片晶在質(zhì)量濃度為40% -60%的鹽酸溶液中加熱至50 100°C，攪拌1-他。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種片狀六鈦酸鉀的制備方法，其特征在于，所述的第三步中將第二步得到的產(chǎn)物在PH = 12. 0-14. 0的氫氧化鉀溶液中攪拌12h。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種片狀六鈦酸鉀的制備方法，其特征在于，所述的第四步中水熱溫度為100 220°C，保溫時(shí)間為2 Mh。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種片狀六鈦酸鉀的制備方法，其特征在于，所述的第五步中煅燒溫度為700-1100°C，煅燒6 12h。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種六鈦酸鉀片晶的制備方法，屬于增強(qiáng)材料、摩擦材料和耐熱材料的制備領(lǐng)域。以鈦酸鎂鉀片晶為前驅(qū)體，經(jīng)過(guò)酸洗、堿洗、水熱處理后，再進(jìn)行煅燒，生成了平均直徑大小為2～3.5μm，厚100～200nm的六鈦酸鉀片晶。本發(fā)明生產(chǎn)出來(lái)的六鈦酸鉀尺寸小，分散性好，結(jié)晶度高，形貌均勻，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C01G23/00GK102390864SQ201110237209
公開(kāi)日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月18日
發(fā)明者劉詠, 宋旎 申請(qǐng)人:中南大學(xué)