粉体的动态连续制备方法与烧结装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于Ti4O7粉体制备技术领域，特别涉及一种Ti 407粉体的动态连续制备方法与烧结装置。
【背景技术】
[0002]Ti4O7为单相钛黑，其最突出的物理性能是室温下优异的导电性能，其单晶导电率可以达到1500S/cm。虽然通常制备的Ti4O7为多晶材料，导电性不能达到单晶导电率，但仍优于石墨。同时Ti4O7具有非常显著的热稳定性、化学稳定性和抗腐蚀能力，在强酸强碱环境下都能稳定存在，这些性能有效克服了现有的常用工业电极材料的缺陷。因而Ti4O7可作为电极材料以及导电陶瓷材料在氯碱工业、污水处理、电解铝以及金属-空气电池、燃料电池、铅酸电池、锂电和镍氢电池等能源和电子领域广泛应用。
[0003]Ti4O7是基于二氧化钛还原的亚氧化钛材料中一种，与Ti 305、Ti5O9, Ti6O11等亚氧化钛材料的热力学合成温度区间存在重叠，因此，要获得单一相组成的Ti4O7粉，保障其优异的导电性，关键在于保证在合成过程中原料受热的温度场的均匀性。而现有方法在制备Ti4O7粉时通常使用石墨碳管炉或真空烧结炉，将物料一层层堆放在石墨舟或托盘上。由于受热不均匀，每一层产物受温度影响较大，难于获得单一相组成的Ti4O7粉末，所得产物为Ti4O7, Ti5O9, Ti3O5的混合相，严重影响了其电化学性能，限制了其广泛应用。
[0004]中国专利ZL201210122956.X公开了 “一种纳米Ti4O7粉末的制备方法”，采用高活性的纳米T12、纳米炭黑和芳香醛为原料来改善反应动力学，促进碳热还原进程，通过真空或通流动气氛，虽然能在实验室制备出少量单相的纳米Ti4O7粉，但采用真空烧结炉或碳管炉装备，制备过程是间歇性作业，产量和效率不高，物料量大时难以保证反应过程中炉内物料温度的均匀性，而导致产物物相不纯，且不易批量化生产。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种Ti4O7粉体的动态连续制备方法和动态连续烧结装置，以保证合成反应过程中原料受热温度场的均匀性，在连续化批量生产中得到单相的Ti4O7粉体。
[0006]本发明所述Ti4O7粉体的动态连续制备方法，步骤如下:
[0007](I)配料
[0008]原料为1102粉体和还原剂，按照Ti 407粉体的化学式及所用原料之间的化学反应，计算出各原料的重量百分比:
[0009]T12粉体:96 % ?96.4 %，
[0010]还原剂:3.6%?4%;
[0011]⑵混料与干燥
[0012]将步骤(I)计量好的原料放入球磨机中，加入研磨球体和湿磨介质进行湿磨，使原料混合均匀，湿磨介质的加入量以浸没所述原料和研磨球体为限，然后过筛分离出研磨球体得混合浆料，将所得的混合浆料进行干燥得混合粉料；
[0013]⑶烧结
[0014]在开放体系下烧结:
[0015]炉管为与大气相通的开放体系，在炉管处于出料口低于进料口的倾斜状态以0.1?3L/min的气体流速向炉管内充入还原性气体或/和惰性气体，然后使炉管旋转并加热炉管，当炉管内的温度达到反应温度时，将步骤(2)得到的混合粉料连续送入炉管中，混合粉料进入炉管后以螺旋运动的形式通过炉管加热区完成反应形成反应产物，反应产物落入收集室，冷却后即得Ti4O7粉体；
[0016]若充入炉管的气体为还原性气体，则反应温度为1100?1150°C，若充入炉管的气体为惰性气体，则反应温度为1250?1300°C，若充入炉管的气体为还原性气体和惰性气体的混合气体，则反应温度为1150?1250°C ；
[0017]或在封闭体系下烧结:
[0018]在炉管处于出料口低于进料口的倾斜状态通过抽真空使炉管内的压力为IX KT1?IX 10_2Pa，然后向炉管内通入还原性气体或/和惰性气体使炉管内的压力达到常压并使炉管为与大气隔离的封闭体系，继后使炉管旋转并加热炉管，当炉管内的温度达到反应温度时，将步骤(2)得到的混合粉料连续送入炉管中，混合粉料进入炉管后以螺旋运动的形式通过炉管加热区完成反应形成反应产物，反应产物落入收集室，冷却后即得Ti4O7粉体；
[0019]若充入炉管的气体为还原性气体，则反应温度为1100?1150°C，若充入炉管的气体为惰性气体，则反应温度为1250?1300°C，若充入炉管的气体为还原性气体和惰性气体的混合气体，则反应温度为1150?1250°C ；
[0020]或在负压条件下烧结:
[0021]在炉管处于出料口低于进料口的倾斜状态通过抽真空使炉管内的压力为I X KT1?I X 10 _2Pa，然后使炉管旋转，同时加热炉管并继续抽真空，当炉管内的温度达到反应温度1000?1100°C时，将步骤(2)得到的混合粉料连续送入炉管中，混合粉料进入炉管后以螺旋运动的形式通过炉管加热区在负压条件下完成反应形成反应产物，反应产物落入收集室，冷却后即得Ti4O7粉体。
[0022]上述方法中，所述还原性气体为氢气、甲烷、氨气、天然气中的至少一种，所述惰性气体为氮气、氩气中的至少一种。
[0023]上述方法中，炉管的旋转速度为0.2?50r/min。
[0024]上述方法中，炉管的倾斜角度为0.5°?30°。
[0025]上述方法中，所述还原剂为碳质还原剂、钛质还原剂中的至少一种，其中碳质还原剂为石墨粉、炭黑粉、活性炭粉中的一种，钛质还原剂为钛粉、氢化钛中的一种。
[0026]上述方法中，步骤(2)所述湿磨介质为去离子水、酒精、丙酮中的任一种。将所得的混合浆料进行干燥的干燥温度为50°C?100°C，干燥时间2h?8h。
[0027]本发明所述动态连续烧结装置，包括储料室、螺旋送料机、炉管、炉管驱动机构、加热炉、收集室、支撑架、螺纹式升降器和托架，所述螺旋送料机的出料端设置有进气阀，所述储料室顶部设置有密封盖，下部设置有出料控制阀，底部的出料口与螺旋送料机连接，所述加热炉设置有加热器件和热电偶，所述收集室设置有出气阀和配有密封盖的取料口，收集室的入口设置有进料控制阀；所述炉管插装在加热炉的炉膛内，炉管的进料端通过动密封轴承与螺旋进料机的出口连接，炉管的出料端通过动密封轴承与收集室连接，所述炉管驱动机构由电机和链传动副组成，链传动副的主动链轮安装在电机的动力输出轴上，从动链轮安装在炉管上，链条套装在主动链轮和从动链轮上，所述支撑架由支撑板和与支撑板一端铰接的支架构成，收集室和炉管驱动机构中的电机固定在支撑板上，螺旋进料机、加热炉和动密封轴承分别通过固定在支撑板上的托架支撑，所述螺纹式升降器安装在储料室一侧的支撑板之下并与支撑板底部连接。
[0028]上述动态连续烧结装置，所述炉管的长度LI为1.5?6m，加热炉加热区的长度L2为I?5m。
[0029]上述动态连续烧结装置，炉管内壁设置有搅拌片，所述搅拌片为2?4片，沿炉管周向均匀分布。
[0030]上述动态连续烧结装置，所述收集室的室壁为夹层结构，外壁设置有与夹层相通的冷却介质入口和冷却介质出口。
[0031]上述动态连续烧结装置，所述加热炉设置的加热器件为电阻式加热器件、感应式加热器件、微波加热器件、红外加热器件中的一种。
[0032]使用上述动态连续烧结装置，所述“炉管加热区”即为“长度为L2的加热炉加热区，，
[0033]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0034]1、由于本发明所述方法为动态连续制备方法，混合粉料在炉管内均匀分布，以螺旋运动的方式通过炉管加热区完成合成反应，因而有效的保证了反应温度场的均匀性，使物料受热均匀并在反应过程中充分接触，克服了传统制备方法中一次加料，物料堆积于加热区而导致受热不均匀，从而难以获得单相Ti4O7粉体难题。
[0035]2、本发明所述方法实现了在连续化批量生产中得到单相的Ti4O7粉，且产物粒度均匀，因而可规模化生产Ti4O7粉，满足人们对Ti 407粉的需要。
[0036]3、本发明所述动态连续烧结装置不仅能满足动态连续制备方法的要求，而且结构简单，操作方便，便于加工制作。
【附图说明】
[0037]图1是用于本发明所述Ti