专利名称：一种以金属铝为铝源的非水解溶胶-凝胶工艺低温制备的钛酸铝粉体及其制备方法
技术领域：
本发明涉及陶瓷粉体制备技术领域，具体涉及一种以金属铝为铝源的非水解溶胶-凝胶工艺低温制备的钛酸铝粉体及其制备方法。
背景技术：
钛酸铝集低膨胀和耐高温优良性能于一身，同时还具有熔点高、热导率低、膨胀系数小、抗热震性好、耐腐蚀性强及对多种金属和玻璃熔体不浸润等特点，在钢铁、有色金属、 玻璃、化工、汽车、军事工业等领域应用前景广阔。钛酸铝粉体是制备钛酸铝陶瓷材料重要的原材料。选用价格低廉的反应原料，降低钛酸铝粉体的合成温度，从而达到降低生产成本的目的，是钛酸铝陶瓷材料能够实现产业化并得到广泛应用的关键。目前制备钛酸铝粉体的方法主要有固相法、燃烧法、共沉淀法、水解溶胶-凝胶法、非水解溶胶-凝胶法等。固相法直接采用固体氧化铝和氧化钛为原料，机械混合后一般需经1400 1500°C煅烧才能合成钛酸铝粉体；燃烧法需要加入大量燃料以提供合成钛酸铝所需能量，并且合成温度在 1300°C以上；共沉淀法需要通过调节pH值使得铝、钛离子均勻沉淀，控制工艺较复杂，合成温度一般在 1300°C左右(见 Y. X. Huang，Materials Research Bulletin, 2002, Vol. 37, P99 111)；溶胶-凝胶法具有颗粒细小，分散均勻，化学计量易控制等优点，但其所用前驱体原料大多为昂贵的金属醇盐，为此，本课题组在ZL200610005317.X中公开了一种以无机盐硝酸铝为铝源应用水解溶胶-凝胶工艺合成钛酸铝的方法，它较之于使用铝醇盐作铝源，原料成本明显降低，但合成温度高达1350°C ；本课题组在ZL200610005316. 5中公开了一种以无机盐氯化铝和四氯化钛为前驱体原料的非水解溶胶-凝胶法，使钛酸铝的合成温度降低到750°C，但必须使用无水氯化铝作为铝源，而无水氯化铝本身容易吸水，它既不易保存也不便于称量。本发明直接利用金属铝作铝源，通过加入催化剂引发非水解溶胶-凝胶反应，在750°C低温制备钛酸铝粉体，这是一项迄今未见国内外任何文献报道的创新研究成果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种以廉价金属铝为铝源，制备工艺简单、合成温度低的钛酸铝粉体及其制备方法。为解决以上技术问题，本发明的技术方案是一种以金属铝为铝源的非水解溶胶-凝胶工艺低温制备的钛酸铝粉体，以金属铝和四氯化钛为前驱体，以无水低碳醇为氧供体，以无水氯化铁、无水氯化铝、无水氯化锆、无水氯化镁以及单质碘中的一种或多种为催化剂，所述金属铝、四氯化钛、低碳醇和催化剂，按摩尔百分比2 1 (8 38) (0.01 0.25)，采用非水解溶胶-凝胶工艺低温合成得到钛酸铝粉体。所述金属铝为铝粉、铝屑或铝片。所述的低碳醇优选无水乙醇、正丁醇或异丙醇。
上述钛酸铝粉体的制备方法，包括以下步骤(1)在通风橱中，量取一定量低碳醇放入干燥广口瓶内，将广口瓶置于冷水浴中， 然后在其中加入一定量的金属铝；(2)按钛酸铝的化学计量比用移液管量取一定量四氯化钛，缓慢将其滴入到盛有低碳醇与金属铝的广口瓶内，搅拌均勻后加入一定量的催化剂，最终形成前驱体混合液；(3)将前驱体混合溶液在油浴加热的条件下回流一定时间形成湿凝胶，经过干燥后得到干凝胶；(4)钛酸铝干凝胶经过研磨、煅烧得到钛酸铝粉体。所述回流温度为70 130°C，回流时间为7 M小时。所述干凝胶粉的煅烧温度为750°C，保温30 60分钟。本发明在国际上首次采用金属铝作为铝源，巧妙利用四氯化钛和低碳醇反应形成的氯化氢废气和催化剂，促使金属铝的活化，使其转化为氯化铝，通过非水解溶胶-凝胶法在750°C成功制备出钛酸铝粉体。与使用铝醇盐或者无机铝盐相比，金属铝成本更低，而且更易保存和称量，提高钛酸铝的合成效果。
图1为本发明的工艺流程图
具体实施例方式下面结合附图1和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。实施例1称取1. 9683g铝粉放入装有22ml无水乙醇的干燥锥形瓶中，用移液管按钛酸铝的化学计量比量取細1四氯化钛缓慢滴入该锥形瓶，再加入0. 59g氯化铁，剧烈搅拌后将该锥形瓶放入80°C油浴，冷凝回流几，得到钛酸铝前驱体混合物，经过3小时红外干燥得到钛酸铝干凝胶粉。将干凝胶粉研磨，经750°C保温30分钟热处理，即得到本发明的钛酸铝粉体。实施例2称取1. 9683g铝粉放入装有22ml无水乙醇的干燥锥形瓶中，用移液管按钛酸铝的化学计量比量取細1四氯化钛缓慢滴入该锥形瓶，再加入0. 95g氯化铝，剧烈搅拌后将该锥形瓶放入110°C油浴，冷凝回流15h，得到钛酸铝前驱体混合物，经过3小时红外干燥得到钛酸铝干凝胶粉。将干凝胶粉研磨，经750°C保温60分钟热处理，即得到本发明的钛酸铝粉体。实施例3称取1. 9683g铝粉放入装有2細1无水异丙醇的干燥锥形瓶中，用移液管按钛酸铝的化学计量比量取細1四氯化钛缓慢滴入该锥形瓶，再加入0. Ig碘，剧烈搅拌后将该锥形瓶放入130°C油浴，冷凝回流Mh，得到钛酸铝前驱体混合物，经过3小时红外干燥得到钛酸铝干凝胶粉。将干凝胶粉研磨，经750°C保温60分钟热处理，即得到本发明的钛酸铝粉体。实施例4称取2. 948g铝粉放入装有40ml无水乙醇的干燥锥形瓶中，用移液管按钛酸铝的化学计量比量取6ml四氯化钛缓慢滴入该锥形瓶，再加入1. 2g氯化铝，剧烈搅拌后将该锥形瓶放入80°C油浴，冷凝回流15h，得到钛酸铝前驱体混合物，经过3小时红外干燥得到钛酸铝干凝胶粉。将干凝胶粉研磨，即得到本发明的钛酸铝粉体。实施例5称取2. 948g铝粉放入装有80ml正丁醇的干燥锥形瓶中，用移液管按钛酸铝的化学计量比量取6ml四氯化钛缓慢滴入该锥形瓶，再加入0. 18g碘，剧烈搅拌后将该锥形瓶放入80°C油浴，冷凝回流15h，得到钛酸铝前驱体混合物，经过3小时红外干燥得到钛酸铝干凝胶粉。将干凝胶粉研磨，经750°C保温30分钟热处理，即得到本发明的钛酸铝粉体。实施例6称取2. 948g铝粉放入装有80ml无水乙醇的干燥锥形瓶中，用移液管按钛酸铝的化学计量比量取6ml四氯化钛缓慢滴入该锥形瓶，再加入0. 3g碘和0. 4g氯化错，剧烈搅拌后将该锥形瓶放入110°C油浴，冷凝回流15h，得到钛酸铝前驱体混合物，经过3小时红外干燥得到钛酸铝干凝胶粉。将干凝胶粉研磨，经750°C保温30分钟热处理，即得到本发明的钛酸铝粉体。实施例7称取2. 948g铝粉放入装有80ml无水乙醇的干燥锥形瓶中，用移液管按钛酸铝的化学计量比量取6ml四氯化钛缓慢滴入该锥形瓶，再加入1.7g氯化铝和0. 65g氯化镁，剧烈搅拌后将该锥形瓶放入80°C油浴，冷凝回流15h，得到钛酸铝前驱体混合物，经过3小时红外干燥得到钛酸铝干凝胶粉。将干凝胶粉研磨，经750°C保温30分钟热处理，即得到本发明的钛酸铝粉体。
权利要求
1.一种以金属铝为铝源的非水解溶胶-凝胶工艺低温制备的钛酸铝粉体，其特征在于以金属铝和四氯化钛为前驱体，无水低碳醇为氧供体，无水氯化铁、无水氯化铝、无水氯化锆、无水氯化镁以及单质碘中的一种或多种为催化剂，所述金属铝、四氯化钛、低碳醇和催化剂，按摩尔百分比2 1 8 38 0.01 0.25，采用非水解溶胶-凝胶工艺低温合成得到钛酸铝粉体。
2.根据权利要求1所述的低温制备的钛酸铝粉体，其特征在于所述金属铝为铝粉、铝屑或铝片。
3.根据权利要求1所述的低温制备的钛酸铝粉体，其特征在于所述的低碳醇优选无水乙醇、正丁醇或异丙醇。
4.根据权利要求1所述钛酸铝粉体的制备方法，包括以下步骤(1)在通风橱中，量取一定量低碳醇放入干燥广口瓶内，将广口瓶置于冷水浴中，然后在其中加入一定量的金属铝；(2)按钛酸铝的化学计量比用移液管量取一定量四氯化钛，缓慢将其滴入到盛有低碳醇与金属铝的广口瓶内，搅拌均勻后加入一定量的催化剂，最终形成前驱体混合液；(3)将前驱体混合溶液在油浴加热的条件下回流一定时间形成湿凝胶，经过干燥后得到干凝胶；(4)钛酸铝干凝胶经过研磨、煅烧得到钛酸铝粉体。
5.根据权利要求4所述的钛酸铝粉体的制备方法，其特征在于所述回流温度为70 130°C，回流时间为7 24小时。
6.根据权利要求4所述的钛酸铝粉体的制备方法，其特征在于所述干凝胶粉的煅烧温度为750°C，保温30 60分钟。
全文摘要
本发明公开了一种以金属铝为铝源的非水解溶胶-凝胶工艺低温制备的钛酸铝粉体及其制备方法，以金属铝、四氯化钛为前驱体原料，无水低碳醇为氧供体，选择合适的催化剂，在750℃低温制得钛酸铝粉体。本发明利用金属铝替代铝醇盐和无机铝盐作为铝源，具有反应原料便宜、工艺简单、合成温度低等突出优点，适合工业化大生产。
文档编号C04B35/626GK102432286SQ20111025904
公开日2012年5月2日 申请日期2011年9月2日 优先权日2011年9月2日
发明者刘健敏, 包镇红, 张权, 朱庆霞, 江伟辉, 苗立锋, 虞澎澎, 谭训彦 申请人:景德镇陶瓷学院