专利名称：一种生产钛酸钾系列晶须及二氧化钛晶须产品的合成制备方法
技术领域：
本发明属于一种普遍实用于生产无机盐类系列晶须的合成 制备方法。本发明特别提供一种生产钛酸钾系列晶须及二氧化钛晶须产品的合成制备方法。
技术背景随着钛酸钾晶须研究的不断深入，人们对钛酸钾晶须优异的 力学、物理和化学性能，及其所具备的红外反射率高、高温下导 热系数低、耐高温性、耐腐蚀性、耐磨性等特点，有了更加深入 的了解和掌握。目前日本不仅已经工业规模化生产钛酸钾晶须系 列产品，而且将钛酸钾晶须作为树脂基和陶瓷基的增韧增强材 料，已广泛应用于耐温隔热、摩擦、橡胶、塑料、轻金属材料等 领域。经文献检索发现，我国的钛酸钾晶须虽然多以成本相对较 低的一次或二次烧结法合成制备，但因存在一次烧结法反应前驱 体工艺要求难以控制、制作工序比较复杂、烧结制备品种单一等 缺陷，以及存在一次烧结和二次烧结骤冷法的分散工艺，严重破 坏晶须形貌，制备过程工艺繁杂，烧结熔融体高温条件下操作不 安全等缺陷，导致大规模、低成本生产较困难。所以寻找一种成 本低廉、工艺简单、能够工业化生产并且晶须完整均匀的生产方 法， 一直是迫切需要解决的问题。 发明内容本发明的目的在于克服现有制备技术中的不足，提供一^^采 用慢冷烧结结晶法的技术工艺方法，进行工业化生产钛酸钾系列 晶须及二氧化钛晶须产品的合成制备。本方法不仅降低钛酸钾系 列晶须及二氧化钛晶须产品的生产成本，而且生产工艺简单、操 作安全，同时也解决了工业化生产晶须不完整均匀的质量问题。本发明采用以下技术工艺方案 1、混合将钛源(Ti02)和钾源(K20)按摩尔比1: 1.8~2.1组份称量好后，机械混匀，制成混合原料；2、慢冷烧结将上述混合原料置于坩埚容器中，放入温度 为《5(TC的箱式炉或隧道窑中，逐渐升温至④0 130(TC烧结， 使原料烧结成熔融体，停留时间为30~180分钟，将烧结熔融体 继续放置窑炉内随炉温自然缓慢冷却，使其成为淡黄色或白色结 晶固体块状物；3、分散:将上述结晶固体块状物取出放置在湿度50~100%， 温度50 30(TC的烘房内进行2~10天的自然分散，使其分散成为 完整均匀的针形纤维状二钛酸钾晶须；4、 定型、洗涤、脱水首先将上述针形纤维状二钛酸钾晶 须与普通净化水按1:5~1:50的比例配置，放入80 102。C热7R反 应器中，加入浓度为10~40%的硫酸，使溶液的PH值为7 12， 反应时间为10~480分钟，通过调节控制反应溶液PH值与反应 时间二者之间的相互配置关系，用顺时转换法控制钾离子的溶出 量，可分别得到二或四或六或八钛酸钾晶须或二氧化钛晶须的淡 黄色或白色的可变转换定型物。然后将上述可变转换定型物在热 水反应器中洗涤、脱水；5、 干燥将上述可变转换定型物取出，在《30(TC条4牛下干燥；6、 '漫冷烧结将上述可变转换定型物置于坩埚容器中，放 入温度《5(TC的箱式炉或隧道窑中，逐渐升温至600 130(TC烧结，高温保持2~4小时。然后继续放置窑炉内随炉温自然缓慢冷 却，完成二或四或六或八钛钾晶须及二氧化钛晶须由可变转换定 性物，烧结转换成为固定转换定性物，可分别得到长度为50 100微米，直径为5 10微米的淡黄色或白色针形纤维状单晶体 的二或四或六或八钛酸钾晶须或二氧化钛晶须的成品。上述方案中所说的钛源是指金红石型钛白粉、锐钛矿型tl:白粉或搪瓷级钛白粉中的任意一种；钾源是指无水碳酸钾或氢氧化 钾中的任意一种。采用上述方案，具有以下优点由于本发明采用慢冷烧结结晶法生产钛酸钾系列晶须及二氧化钛晶须的工艺方法，因此相对已知的一次烧结和二次烧结骤 冷法具有以下显著特点 一是，本发明采用慢冷烧结结晶法的工 艺方法，使烧结熔融体冷却固化后，可在常温条件下进行工艺操 作，因此有效克服烧结骤冷工艺方法，所采取的烧结熔融体必须 在高温条件下，进行工艺操作的不安全性和危害人体健康的缺 陷。二是，本发明采用通过反应器调节控制反应溶液PH值与反 应时间长短二者之间的配置关系，得到钛酸钾系列晶须及二氧化 钛晶须的可变转换定型物，经二次烧结结晶完成可变转换定型物 的固定定型，因此解决了一次烧结法制备钛酸钾晶须品种单一和 可能发生的因钾离子溶出，所引起的质量不稳定的不足。三是， 本发明采用晶须结晶固体块状物在一定湿度和温度条件下自然 分散解织的方法，此法解织晶须完整均匀，因此避免了烧结骤冷 法和一次烧结法，必须通过机械方式强制晶须分散解织，所造成 破坏晶须形貌的问题。四是，本发明采用慢冷烧结结晶的工艺步 骤为混合、慢冷烧结、分散、定型洗涤脱水、干燥、慢冷'烧结 六个组成部分，相对一次烧结法和二次烧结骤冷法的工艺方法， 其工序紧凑，工艺可靠，操作安全，成本低，质量好。
权利要求
1. 本发明属于一种适用于无机盐类系列晶须的合成制备方法。本发明特别提供一种生产钛酸钾系列晶须及二氧化钛晶须产品的合成制备方法，其特征在于采用慢冷烧结结晶的工艺方法合成制备钛酸钾系列晶须及二氧化钛晶须，具体包括以下技术工艺方案(1)、混合将钛源(TiO2)和钾源(K2O)按摩尔比1∶1.8～2.1组份称量好后，机械混匀，制成混合原料；(2)、慢冷烧结将上述混合原料置于坩埚容器中，放入温度为≤50℃的箱式炉或隧道窑中，逐渐升温至600～1300℃烧结，使原料烧结成熔融体，停留时间为30～180分钟，将烧结熔融体继续放置窑炉内随炉温自然缓慢冷却，使其成为淡黄色或白色结晶固体块状物；(3)、分散将上述结晶固体块状物取出放置在湿度50～100％，温度50～300℃的烘房内进行2～10天的自然分散，使其分散成为完整均匀的针形纤维状二钛酸钾晶须；(4)、定型、洗涤、脱水首先将上述针形纤维状二氧化钛晶结与普通净化水按1∶5～1∶50的比例配置，放入80～102℃热水反应器中，加入浓度为10～40％的硫酸，使溶液的PH值为7～12，反应时间为10～480分钟，通过调节控制反应溶液PH值与反应时间二者之间的相互配置关系，用顺时转换法控制钾离子的溶出量，可分别得到二或四或六或八钛酸钾晶须或二氧化钛晶须的淡黄色或白色的可变转换定型物。然后将上述可变转换定型物在热水反应器中洗涤、脱水；(5)、干燥将上述可变转换定型物取出，在≤300℃条件下干燥；(6)、慢冷烧结将上述可变转换定型物置于坩埚容器中，放入温度≤50℃的箱式炉或隧道窑中，逐渐升温至600～1300℃烧结，高温保持2～4小时。然后继续放置窑炉内随炉温自然缓慢冷却，完成二或四或六或八钛酸钾晶须及二氧化钛晶须由可变转换定性物烧结转换成为固定转换定性物，可分别得到长度为50～100微米，直径为5～10微米的淡黄色或白色针形纤维状结晶体的二或四或六或八钛酸钾晶须或二氧化钛晶须的成品。
2、 根据权利要求书一所述的一种生产钛酸钾系列晶须及二氧化钛晶须产 品的合成制备方法，其特征在于所说的本发明属于一种适用于无机盐类系 列晶须的合成制备方法，是指本方法是一种属于普遍实用于生产无机盐类 系列晶须合成制备的一种专有技术。
3、 根据权利要求书(1)所述的一种生产钛酸钾系列晶须及二氧化钛晶 须产品的合成制备方法，其特征在于所说的钛源是指金红石型钛白粉、锐 钛矿型钛白粉或搪瓷级钛白粉中的任意一种;钾源是指无水碳酸钾或氢氧 化钾中的任意一种。
4、 根据权利要求书(2) (6)所述的一种生产钛酸钾系列晶须及二氧化 钛晶须产品的合成制备方法，其特征在于所说的箱式炉或隧道窑，是指可 保持持续高温《6小时和达到》60(TC烧结温度，并可保持缓慢冷却的任 意一种动态或静态的窑炉;其特征在于所说的逐渐升温使原料烧结成熔融 体或针形纤维状结晶体，烧结熔融体或针形纤维状结晶体随炉温自然缓慢 冷却，是指在生产钛酸钾系列晶须及二氧化钛晶须的慢冷烧结工艺技术操 作过程中，采取常温条件下向窑炉内放入材料或取出材料，做到窑炉内的 烧结材料冷进和冷出;其特征在于所说的坩埚容器和淡黄色或白色晶须是 指由镍基金属合金制作的坩埚容器合成制备的钛酸钾系列晶须及二氧化 钛晶须呈淡黄色，由白金合金或陶瓷制作的坩埚容器合成制备的钛酸钾系 列晶须及二氧化钛晶须呈白色，其原因是烧结过程中坩埚容器在高温和强 碱腐蚀下，导致钛酸钾系列晶须呈现不同颜色，但钛酸钾系列晶须及二氧 化钛晶须的内在质量不受影响。
5、 根据权利要求书(3)所述的一种生产钛酸钾系列晶须及二氧化钛晶 须产品的合成制备方法，其特征在于所说的自然分解是指将烧结的钛酸钾结晶固体块状物，置于一定湿度和温度条件下，在无机械外力干预的情况 下，使结晶固体块状物自行分散解织的情状。
6、根据权利要求书(4) (6)所述的一种生产钛酸钾系列晶须及二氧化 钛晶须产品的合成制备方法，其特征在于所说的可变转换定型物，是指将 针形纤维状二钛酸钾晶须与普通净化水配比的溶液，在规范设置的上述反 应温度、硫酸浓度、溶液PH值、反应时间的条件范围内,经调节控制反 应溶液PH值与反应时间长短二者之间的配置关系，按顺时转换法调节控 制钾离子的溶出量，此时得到的还仅仅是不稳定的，在一定条件下会顺时 由二钛酸钾转换为四或六或八钛酸钾晶须或二氧化钛晶须的可变转换定 型物；其特征在于所说的固定转换定型物，是指由可变转换的钛酸钾系列 晶须及二氧化钛晶须定型物，经二次烧结结晶，完成钛酸钾系列晶须及二 氧化钛晶须钾离子的封闭固定，可得到性质比较稳定，再不会发生性质转 换的二或四或六或八钛酸钾晶须或二氧化钛晶须的成品。
全文摘要
本发明提供了一种采用慢冷烧结结晶法生产钛酸钾系列晶须及二氧化钛晶须的合成制备方法。先将含钛原料、含钾原料和助溶剂混合置于坩埚容器中，放入窑炉内逐渐升温600～1300℃烧结；烧结熔融体随窑炉温度缓慢冷却，反应成为结晶块状物体；取出放置在湿度50～100％、温度50～300℃的烘房内进行2～10天自然分解，使其成为完整均匀的针形纤维状；取出放置80～102℃热水反应器中，通过顺时调节控制反应溶液pH值与反应时间的方法，得到二或四或六或八钛酸钾晶须或二氧化钛晶须的可变转换定型物，洗涤、脱水；取出干燥；置于坩埚容器中，放入窑炉内逐渐升温至600～1300℃高温烧结，得到长度为50～100微米，直径为5～10微米的二或四或六或八钛酸钾晶须或二氧化钛晶须的固定转换定型物的成品。
文档编号C30B29/10GK101240450SQ20071003725
公开日2008年8月13日 申请日期2007年2月7日 优先权日2007年2月7日
发明者伊俊林, 余胜宇, 毅 张, 赵力力, 颜永根, 马玉馨 申请人:张 毅;赵力力