专利名称：钛酸钾晶须制备方法
技术领域：
本发明涉及晶须的制备技术，特别是钛酸钾晶须的制备方法。
用无机纤维材料增强树脂和金属，用作高性能复合材料，已受到重视。特别是六钛酸钾纤维可代替多用途的石棉，避免环境污染，更引人另眼相看。寻求品质优良、成本低廉、可工业化生产的钛酸钾纤维制造方法势在必行。
以往制备钛酸钾纤维的方法有水热法[1]、烧成法[2]、熔融法[3]、急冷结晶法[4，5]和缓冷结晶法[6]等。但上述这些制备方法都有不同程度的缺点，不适于大规模工业生产。如水热法系采用熔媒在水的临界点以上的高温、高压下进行合成，在含高钾的溶液中，必需安全装置，设备费用高，连续操作困难;烧成法系将原料混合物经固相烧结反应合成纤维，其生成物结晶状态不充分，生成的纤维太短，只有数微米;熔融法系将原料混合物高温熔融，形成熔体后再冷却固化结晶。此法合成温度高，生成的结晶相结合比较紧密，解纤十分困难，所得纤维的直径较大，一般大于10～30μm，且不整齐，均质性差，用作为增强剂效果不好;而急冷结晶法和缓冷却结晶法都是先生成不稳定的二钛酸钾和四钛酸钾，再经酸洗脱钾处理和进一步热处理，才能生成六钛酸钾纤维，而采用多步法无疑增加了工艺流程、物质消耗和设备费用，对规模生产不利。
本发明的目的在于提供一种制造钛酸钾纤维的方法，以提高合成反应效率和晶须品质，降低成本，方便工业批量连续生产。
本发明提供了一种生产钛酸钾晶须的制备方法，以含钛化合物如金红石型钛矿粉、锐钛矿、钛白粉等及含钾化合物如氢氧化钾、硝酸钾、氯化钾、碳酸钾等作原料，其特征在于合成过程中还加入了碱金属硝酸盐、硫酸盐、氯化物之一或其组合作为助熔剂;其工艺过程如下-将原料按Ti∶K为2～4∶1(莫尔比)配制，同时加入20～40wt.%的助熔剂混合;
-在900～1300℃温度下合成30分钟～4小时;
-水解，过滤，干燥。
采用本发明所述方法可以生成直径为1～5μm、长度为20～80μm的六钛酸钾(K2Ti6O13)晶须。由于在原料的混合中，加进了适当比例的助熔剂，形成了原料和助熔剂的均匀混合;助熔剂熔点较低，从而大大降低了纤维生长的合成温度;熔剂熔体形成液相空间益于钛酸钾纤维的生长，有助于提高晶须品质;本发明采用的原料配比，有利于一步生成六钛酸钾(即K2Ti6O13)纤维，较之熔融法、急冷结晶法和缓冷结晶法先合成不稳定的二钛酸钾和四钛酸钾，再经酸洗脱钾处理和进一步热处理，才能生成六钛酸钾纤维的多步法显得优越。下面通过实施例详述本发明。
实施例1①原料配制含钛化合物采用锐钛型钛白矿粉(TiO2占95%以上);含钾化合物采用氯化钾(纯度96%)，按Ti/K Mol比2.5配方，加进助熔剂20wt.%氯化钠混合;②放入箱式电炉中加热至1000℃，保温2小时，然后随炉冷却;③将烧成物放于10倍(重量比)的水中浸泡搅碎;④过滤去除水分，在电烘箱中干燥;所得到白色针状物经X-射线衍射分析和扫描电镜观察，为六钛酸钾晶须。直径为1～4μm，长度在20～50μm，品质均匀，结构完整。
实施例2①原料配制含钛化合物采用金红石型钛铁矿粉(TiO2占95%以上);含钾化合物采用硝酸钾(纯度98%)，按Ti∶K Mol比3配方，加进助熔剂30wt.%氯化钠，均匀混合;②将混合的原料放在钢模中，加压成型;③成型样块放入箱式电炉中加热至1100℃，保温一小时，然后随炉冷却;④将烧成物放于10倍(重量比)的水中浸泡搅碎;⑤过滤去除水分，在电烘箱中干燥;所得到白色针状物经X-射线衍射分析和扫描电镜观察，为六钛酸钾晶须。直径为0.5～2μm，长度在20～50μm，品质均匀，结构完整。
实施例3①原料配制含钛化合物采用氧化钛粉(TiO2占95%以上);含钾化合物采用硝酸钾(纯度98%)，按Ti/K Mol比3.8配方，加进助熔剂40wt.%硫酸钠混合;②将混合料放入箱式电炉中加热至1300℃，保温30分钟，然后随炉冷却;③将烧成物放于10倍(重量比)的水中浸泡搅碎;⑤过滤去除水分，在电烘箱中干燥;所得到白色针状物经X-射线衍射分析和扫描电镜观察，为六钛酸钾晶须。直径为0.5～2μm，长度在20～60μm，品质均匀，结构完整。
实施例4(比较例)急冷结晶法[4，5]①原料配制含钛化合物采用金红石型矿粉(TiO2占95%以上);含钾化合物采用碳酸钾(纯度99%)，按TiO2/K2O Mol比3.0配方;均匀混合;②加热熔融原料放在坩埚中，放入箱式电炉中加热至1300℃，保温30分钟;③急冷结晶用双辊制箔法(辊径80mm，双辊间距0.3mm，辊速90rpm)得箔片状固体;④粉碎将箔片状固体粉碎成粒度0.5～10μm;⑤脱钾处理将粉碎物放于50倍(重量比)的水或醋酸中浸泡数小时;⑥热处理过滤去除水分，在电烘箱中干燥，然后在1000℃保温10～24小时;⑦解纤在热处理后的物品中，加入10倍水，搅拌15分钟;⑧脱水干燥得白色针状物，经X-射线衍射分析和扫描电镜观察，为四钛酸钾和六钛酸钾混合纤维。直径为0.5～2μm，长度在10～30μm，品质较差。
由实施例和比较例相比较可明显看出本发明的方法制备工艺大大简化，省去了粉碎、脱钾和热处理等多道工序，而且合成反应温度大大降低，所得到的纤维较长，品质更好些。应用结果表明本发明方法所制备的晶须具有轻质、高强、耐火、隔热和抗磨耗等性能，可用作耐热涂料添加剂，汽车刹车片并作为增强组元广泛用于树脂基复合材料，是代替石棉的最佳产品。按本发明提供的制备工艺，方法简便、成本低廉，无环境污染，适用于工业规模生产。
相关文献[1]《窑业协会志》，83，(1975)p.305～311[2]《窑业协会志》，88，(1980)p.84～91[3]《窑业协会志》，90，(1982)p.19～23[4]JP 63-79799 [5]JP 63-79800[6]《窑业协会志》，91，(1983)p.189
权利要求
1.一种生产钛酸钾晶须的制备方法，以含钛化合物如金红石型钛矿粉、锐钛矿、钛白粉等及含钾化合物如氢氧化钾、硝酸钾、氯化钾、碳酸钾等作原料，其特征在于合成过程中还加入了碱金属硝酸盐、硫酸盐、氯化物之一或其组合作为助熔剂；其工艺过程如下-将原料按Ti∶K为2～4∶1(莫尔比)配制，同时加入20～40wt.%的助熔剂混合；-在900～1300℃温度下合成30分钟～4小时；-水解，过滤，干燥。
2.按权利要求1所述晶须的制备方法，其特征在于合成前对混合均匀的原料压实。
全文摘要
一种生产钛酸钾晶须的制备方法，以含钛化合物如金红石型钛矿粉、锐钛矿、钛白粉等及含钾化合物如氢氧化钾、硝酸钾、氯化钾、碳酸钾等作原料。其特征在于合成过程中还加入了碱金属硝酸盐、硫酸盐、氯化物之一或其组合作为助熔剂。其工艺过程如下将原料按Ti∶K为2～4∶1(莫尔比)配制，同时加入20～40wt％的助熔剂混合；在900～1300℃温度下合成30分钟～4小时；水解，过滤，干燥。本发明提高合成反应效率和晶须品质，降低成本，方便工业批量连续生产。
文档编号C30B29/62GK1093760SQ93111038
公开日1994年10月19日 申请日期1993年4月10日 优先权日1993年4月10日
发明者隗学礼, 赵宽放 申请人:中国科学院金属研究所