一种用混合钛源制备片状钛酸钾镁的方法与流程

本发明涉及一种用混合钛源制备片状钛酸钾镁的方法，属于无机材料制备技术领域。

背景技术：

片状钛酸钾镁材料因其独特的片状结构，从而具有良好的耐高温和耐摩擦性能，尤其是作为刹车片的摩擦材料的应用日益获得汽车行业的重视。与传统采用石棉作为刹车片的摩擦材料工艺相比，片状钛酸钾镁材料不仅在耐高温与耐摩擦性能方面远远高于石棉，使汽车的刹车性能得到提高，还能降低汽车刹车时产生的摩擦噪音；在人身安全方面，片状钛酸钾镁属于无毒、绿色环保产品，不会像晶须类产品一样容易被人体吸入，继而给身体造成不良影响，因此片状钛酸钾镁材料非常适合作为新一代的摩擦材料。随着国际社会对汽车刹车片摩擦性能的要求不断提高，片状钛酸钾镁作为新一代摩擦材料的应用必将成为一种趋势，其前景非常光明。

现有的片状钛酸钾镁制备方法，往往通过直接更换原料或者改变冷却方式来获得产品。例如：专利CN 102230223A直接以氧化镁替换原先的镁源，专利CN 101254945A直接以光卤石替换原先的镁源和助熔剂，以此得到形貌均匀、结晶度较高的片状钛酸钾镁，但是也暴露出了一些严重缺点：(1)直接用氧化镁替代原有镁源并且不使用助熔剂，使煅烧温度过高，增大了企业生产的耗能；(2)直接用氧化镁替换原有的镁源，致使生产工艺参数发生改变，增加了企业生产的难度系数；(3)工业光卤石杂质太多，致使生产出的产品纯度较低。而专利CN 104846429A则通过降温设备骤冷降温制备出片状钛酸钾镁，虽然不改变原料，但是骤冷不仅会降低设备的使用寿命，还会增大容器崩裂的风险，不利于大规模的工业化安全生产。因此安全简单、不改变原料的片状钛酸钾镁合成方法的开发具有重要的意义。

一般的钛源虽有多种，但在实际生产中往往只采用一种作为钛源，当需要进一步提高片状钛酸钾镁的形貌时，往往采用改变原料或者煅烧方式来实现，却忽视了原料各组分配比可能带来的效果。混合钛源则是多种含钛化合物的混合物，也更接近工业化钛源的组成成分，通过调节混合钛源各组分配比，从而得到结晶度更高，形貌更为均匀的片状钛酸钾镁，同时也可减少工艺改良带来的成本。但是目前通过改变混合钛源各组分配比制得片状钛酸钾镁的方法尚未见报道。

技术实现要素：

本发明的目的是解决现有片状钛酸钾镁制备方法中的缺点，提出了一种用混合钛源制备片状钛酸钾镁的方法。利用混合钛源作为反应原材料，不但可以增大反应的选择性、降低原料成本，而且还可以通过改变混合钛源组分及其配比，得到形貌更为均匀、结晶度更高的产品，因而非常有利于工业化生产。

本发明实现上述目的的技术方案如下：

一种用混合钛源制备片状钛酸钾镁的方法，其特征是：先将混合钛源、钾源、镁源和助熔剂均匀混合，再将混合物在900～1100℃下高温烧结1～6小时，烧结后的产物经过粉碎、水洗、过滤、干燥即可得到片状钛酸钾镁成品。

本发明用混合钛源制备片状钛酸钾镁的方法，包括如下步骤：

1)将不同类型含钛化合物按照一定比例混合，制得混合钛源；

2)以混合钛源、钾源、镁源为主要原料，分别以TiO₂、K₂O、MgO计，摩尔比为：TiO₂:K₂O＝(3.8～4.2):1，MgO:K₂O＝(0.9～1.1):1，再向原料中加入氯化钾作为助熔剂，均匀混合；

3)将混合物置于马弗炉中进行高温煅烧，在温度为900～1100℃下烧结1～6小时；

4)将烧结后的产物经过粉碎、水洗、过滤、干燥后得到片状钛酸钾镁产品。

进一步，所述的混合钛源是工业级金红石型二氧化钛、工业级锐钛矿型二氧化钛、化学纯二氧化钛中的两种或三种混合物，分别以TiO_2(金)、TiO_2(锐)、TiO_2(cp)计，摩尔比：TiO_2(金):TiO_2(锐)＝(0.1～1.2):1、TiO_2(锐):TiO_2(cp)＝(0.1～7):1、TiO_2(金):TiO_2(锐):TiO_2(cp)＝(0.1～0.5):1:(0.1～6)。

进一步，所述的钾源是碳酸钾、氢氧化钾、硝酸钾中的一种或几种。

进一步，所述的镁源是氢氧化镁、氧化镁、氯化镁中的一种或几种。

进一步，所述的助熔剂氯化钾加入量为10～40wt％。

进一步，所述的高温煅烧，煅烧工艺为：900～1100℃下烧结1～6小时。

进一步，所述的水洗，水洗工艺为：80～100℃的去离子水中搅拌10～30分钟。

进一步，所述的干燥，干燥条件为：60～120℃的鼓风干燥箱中干燥2～6小时。

进一步，所述的片状钛酸钾镁平均长度为1.5～6μm，厚0.08～0.5μm。

本发明的有益效果：

1)本发明所述的一种用混合钛源制备片状钛酸钾镁的方法，在制备的过程中不采用直接改变原料的方式来获得不同大小的片状钛酸钾镁，而是通过改变混合钛源自身的配比来得到不同大小的片状钛酸钾镁，降低了更换原料的成本。

2)本发明所述的一种用混合钛源制备片状钛酸钾镁的方法，在制备过程中通过改变混合钛源中各组分的配比，生产出不同大小的片状钛酸钾镁，提高了生产效率，有利于工业化生产。

3)本发明所述的一种用混合钛源制备片状钛酸钾镁的方法，在制备过程中无需通过骤冷降温的方式得到片状钛酸钾镁，从而降低容器崩裂的风险，实现安全化生产。

附图说明

图1为本发明的第一个实施例所述片状钛酸钾镁的SEM图。

图2为本发明的第二个实施例所述片状钛酸钾镁的SEM图。

图3为本发明的第三个实施例所述片状钛酸钾镁的SEM图。

图4为本发明的第四个实施例所述片状钛酸钾镁的SEM图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明。

实施例1

将工业级金红石型二氧化钛、工业级锐钛矿型二氧化钛按照摩尔比为0.8:1混合制得混合钛源；接着将混合钛源、镁源、钾源按摩尔比为4.1:2:1，并加入20wt％氯化钾作为助熔剂，置于搅拌器中均匀混合；然后将混合物置于马弗炉中进行高温煅烧，升温速度为5℃/min，升温至1050℃，煅烧2小时；烧结产物通过粉碎机粉碎后，置于100℃蒸馏水中，用机械搅拌器搅拌30分钟，转速300r/min；用布氏漏斗抽滤，并用蒸馏水反复洗3次；抽滤产物置于鼓风干燥箱中于80℃条件下干燥6小时，从而得到产物即为白色粉末状的钛酸钾镁。经X射线衍射分析表明，所得产物化学式为K_0.8Mg_0.4Ti_1.6O₄，扫描电子显微镜观察表明钛酸钾镁呈片状，测得片状钛酸钾镁平均尺寸为：长、宽约为4μm，平均厚度约为0.3μm。

实施例2

将工业级金红石型二氧化钛、化学纯二氧化钛按照摩尔比为1:1混合制得混合钛源；接着将混合钛源、镁源、钾源按摩尔比为4:2:1，并加入25wt％氯化钾作为助熔剂，置于搅拌器中均匀混合；然后将混合物置于马弗炉中进行高温煅烧，升温速度为5℃/min，升温至1050℃，煅烧2小时；烧结产物通过粉碎机粉碎后，置于90℃蒸馏水中，用机械搅拌器搅拌25分钟，转速300r/min；用布氏漏斗抽滤，并用蒸馏水反复洗3次；抽滤产物置于鼓风干燥箱中于120℃条件下干燥4小时，从而得到产物即为白色粉末状的钛酸钾镁。经X射线衍射分析表明，所得产物化学式为K_0.8Mg_0.4Ti_1.6O₄，扫描电子显微镜观察表明钛酸钾镁呈片状，测得片状钛酸钾镁平均尺寸为：长、宽约为4.5μm，平均厚度约为0.2μm。

实施例3

将工业级金红石型二氧化钛、工业级锐钛矿型二氧化钛按照摩尔比为1:1.2混合制得混合钛源；接着将混合钛源、镁源、钾源按摩尔比为4.1:2:1，并加入20wt％氯化钾作为助熔剂，置于搅拌器中均匀混合；然后将混合物置于马弗炉中进行高温煅烧，升温速度为3℃/min，升温至1050℃，煅烧2小时；烧结产物通过粉碎机粉碎后，置于100℃蒸馏水中，用机械搅拌器搅拌30分钟，转速300r/min；用布氏漏斗抽滤，并用蒸馏水反复洗3次；抽滤产物置于鼓风干燥箱中于120℃条件下干燥4小时，从而得到产物即为白色粉末状的钛酸钾镁。经X射线衍射分析表明，所得产物化学式为K_0.8Mg_0.4Ti_1.6O₄，扫描电子显微镜观察表明钛酸钾镁呈片状，测得片状钛酸钾镁平均尺寸为：长、宽约为3.8μm，平均厚度约为0.1μm。

实施例4

将工业级金红石型二氧化钛、工业级锐钛矿型二氧化钛、化学纯二氧化钛按照摩尔比为1:1:1混合制得混合钛源；接着将混合钛源、镁源、钾源按摩尔比为4.1:2:1，并加入30wt％氯化钾作为助熔剂，置于搅拌器中混合均匀；然后将混合物置于马弗炉中进行煅烧，升温速度为5℃/min，升温至1050℃，煅烧2小时；烧结产物通过粉碎机粉碎后，置于100℃蒸馏水中，用机械搅拌器搅拌30分钟，转速300r/min；用布氏漏斗抽滤，并用蒸馏水反复洗3次；抽滤产物置于鼓风干燥箱中于120℃条件下干燥4小时，从而得到产物即为白色粉末状的钛酸钾镁。经X射线衍射分析表明，所得产物化学式为K_0.8Mg_0.4Ti_1.6O₄，扫描电子显微镜观察表明钛酸钾镁呈片状，测得片状钛酸钾镁平均尺寸为：长、宽约为2.5μm，平均厚度约为0.5μm。