专利名称：高能球磨辅助合成六钛酸钾晶须的方法
技术领域：
本发明属于无机材料制备技术领域，涉及一种高能球磨辅助合成六钛酸钾晶须的方法。
背景技术：
在各种不同的钛酸钾晶须中，六钛酸钾晶须是目前应用最为广泛的，其独特的隧 道结构使得其不仅具有优异的力学性能，而且具有很多独特的物理特性，如较高的强度和 弹性模量、高耐磨性、优良的导电性、化学稳定性和低热导率等，而且其生产成本不高，在增 强材料、摩擦材料和隔热材料等领域得到了广泛的应用。 目前常用的合成制备方法主要有烧结法、水热法、熔融法和KDC法等。水热法可以 得到形貌质量较好的晶须，但是工艺复杂、成本较高，且具有一定的危险性，这也限制了其 在大规模工业生产中的应用。现有的生产工艺中，如申请号为01134183. 1的专利，其生产 方法包括混合、烧结、骤冷、分散处理、分离、洗涤、干燥、高温结晶烧结、二次分散处理、二 次干燥处理和筛分等步骤；申请号为200410054039. 8的专利中合成六钛酸钾晶须的步骤 为按Ti02 :K20 = 1. 9 2. 5的摩尔比配料，通过机械球磨混合均匀后，置于900 1300°C 的隧道窑中停留1 2小时得到熔融体；接着将熔融体倒入金属桨叶制成微型颗粒；微型 颗粒与纯水置于反应器中，加热60 98t:，加入稀酸，搅1 4小时成悬浮液；悬浮液固液 分离成无定形水合物在低于IO(TC下脱去表面水；置于500 80(TC隧道窑，烧结1 4小 时；使用纯水洗涤物料；物料脱去表面水，在200 30(TC下干燥，即可得到六钛酸钾晶须制
PR o 上述的生产工艺均比较复杂，在工业大规模生产中实施较为困难。烧结法工艺简 单，成本低，具有在大规模工业生产中应用的潜力，但是其较高的合成温度(最佳合成温度 在1000 1200°C )使得1(20在反应过程中大量挥发损耗，这就要求原料配比中包含过量的 K20，否则随着反应的进行K20含量会越来越低，而当含量过低时无法合成六钛酸钾晶须，产 物中就会出现残余的Ti02 ;同时由于K20的挥发严重，使得反应环境中的1(20含量不断发生 着动态变化，因此很难精确的控制1(20的含量，这显著影响了反应过程的平稳均匀进行，并 使得工艺过程控制困难，造成晶须产率和质量的降低。目前的合成工艺对于这一问题均没 有提出合理的解决方案，这也成为六钛酸钾晶须工业大规模生产的主要障碍。
与普通机械球磨相比较，高能球磨具有非常高的破碎效率，而且在外部机械力的 作用下，球磨罐、研磨球和原料颗粒充分碰撞，颗粒在球磨过程中得到了反复的挤压、变形、 断裂和冷焊，使得颗粒表面的缺陷大幅增加，颗粒尺寸逐渐得到细化，同时颗粒表面的化学 键被打断，产生大量的不饱和键、自由电子和离子，晶体内能增大，原子活性得到提高，大大 促进了颗粒分布的均匀化。
发明内容
针对目前的合成工艺中存在的合成温度高、1(20挥发严重、工艺控制困难和产品质量不稳定的问题，本发明提出一种高能球磨辅助合成六钛酸钾晶须的方法，以克服现有合 成工艺所存在的缺陷。 本发明提供的制备方法是以工业级锐钛矿型二氧化钛和工业级无水碳酸钾做原 料，在一定条件下对原料进行高能球磨处理，然后经热处理得到组分均匀、单相的六钛酸钾 晶须。 本发明采用高能球磨对原料进行处理，可以将合成温度降低至700 800°C ，在这
个温度范围内进行热处理的过程中，原料中的1(20没有挥发，充分反应生成六钛酸钾晶须，
这样就可以实现配料时直接按照六钛酸钾(K2Ti6013)晶须的理论摩尔比称量，避免了其它
工艺在合成过程中原料配比浮动较大的问题，有利于反应过程的精确控制和平稳均匀的进
行，同时该方法具有生产成本低、工艺简单、工艺参数易控、可批量生产的特点。 本发明提供的六钛酸钾晶须的制备方法，包括以下内容 1、原料的选择选用低廉的工业级无水碳酸钾和工业级锐钛矿型二氧化钛做原
料，原料按&o : Tio2 = i : 6的理论摩尔比配料。
2、球磨方式的选择高能球磨机，采用干磨的方式。 3、研磨球的选择选择不锈钢球为研磨球，研磨球直径在1 3厘米之间，球料重
量比为io : i 20 : i。 4、球磨速度的选择选取500 700转/分，在这个范围内高能球磨机具有较高的 球磨效率，有利于原料的混合均匀和进一步的破碎细化。 5、球磨时间的选择球磨时间为10 20小时，原料颗粒可以充分混合均匀并细 化。 6、热处理在700 80(TC热处理1小时。
采用以上技术方案，本发明的突出特点是 1、本发明采用的高能球磨的方式对原料进行混合并破碎，提高了混料的均匀性， 同时促进了原料颗粒的细化和活化，有利于合成温度的降低。 2、本发明所得的六钛酸钾晶须在700 80(TC热处理1小时即可合成，与现有技术 比较大大降低了热处理温度，原料1(20因此在反应过程中没有挥发损耗，可以直接按理论原 料配比进行配料，这样可以大大降低原料的损耗浪费，促进反应过程平稳均匀的进行，有利 于反应条件和产品产率、质量的控制。 3、本发明提供的方法制备工艺简单，成本低廉，得到的晶须组份单一，长径比为 10 20。
图1是本发明提供的合成方法得到的六钛酸钾晶须的XRD图谱。从谱图上可以看 出得到的产物为单相的六钛酸钾晶须。 图2是用本发明提供的合成方法得到的六钛酸钾晶须的扫描电镜照片。从图中可 以看出按本发明提供的方法得到的六钛酸钾晶须分布均匀，表面光滑平整，长径比为10 20。
具体实施例方式
以下结合实例对本发明做进一步说明，但不限于此，同时通过两个比较例进一步
阐明本发明的优势和特点。
实施例1 : 1、将工业级无水碳酸钾和工业级锐钛矿型二氧化钛按1(20 : 1102摩尔比1 : 6进 行称取配料； 2、将步骤1中配好的混合料与研磨球一起放于高能球磨罐中，在高能球磨机中进
行干磨，球料重量比为10 : l，球磨时间10小时，球磨转速700转/分； 3、将步骤2中高能球磨处理后的原料在80(TC下热处理1小时，得到的晶须XRD图
谱如图l所示，扫描电镜图片如图2所示。可见，得到的产物为单相的六钛酸钾晶须，长径
比10 20。 实施例2 : 1、将工业级无水碳酸钾和工业级锐钛矿型二氧化钛按1(20 : 1102摩尔比1 : 6进 行称取配料； 2、将步骤1中配好的混合料与研磨球一起放于高能球磨罐中，在高能球磨机中进
行干磨，球料重量比为20 : l，球磨时间10小时，球磨转速600转/分； 3、将步骤2中高能球磨处理后的原料在75(TC下热处理1小时，得到的产物为单相
的六钛酸钾晶须，长径比10 20。 实施例3: 1、将工业级无水碳酸钾和工业级锐钛矿型二氧化钛按1(20 : 1102摩尔比1 : 6进 行称取配料； 2、将步骤1中配好的混合料与研磨球一起放于高能球磨罐中，在高能球磨机中进
行干磨，球料重量比为20 : l，球磨时间20小时，球磨转速500转/分； 3、将步骤2中高能球磨处理后的原料在80(TC下热处理1小时，得到的产物为单相
的六钛酸钾晶须，长径比10 20。 实施例4 : 1、将工业级无水碳酸钾和工业级锐钛矿型二氧化钛按1(20 : 1102摩尔比1 : 6进 行称取配料； 2、将步骤1中配好的混合料与研磨球一起放于高能球磨罐中，在高能球磨机中进
行干磨，球料重量比为20 : l，球磨时间20小时，球磨转速700转/分； 3、将步骤2中高能球磨处理后的原料在70(TC下热处理1小时，得到的产物为单相
的六钛酸钾晶须，长径比10 20。 比较例1 : 1、将工业级无水碳酸钾和工业级锐钛矿型二氧化钛按&o : 1102摩尔比1 : 6进
行称取配料； 2、将步骤1中配好的混合料与研磨球一起放于聚氨酯球磨罐中，在行星式球磨机
中进行球磨，球料重量比为10 : l，球磨时间20小时，球磨转速300转/分； 3、将步骤2中球磨处理后的原料在80(TC下热处理1小时，得到的产物中仅含有
40%质量分数的六钛酸钾晶须，合成产率比较低，这是由于球磨的效率比较低，产物大量合成需要更高的温度；
比较例2 : 1、将工业级无水碳酸钾和工业级锐钛矿型二氧化钛按1(20 : 1102摩尔比1 : 6进 行称取配料； 2、将步骤1中配好的混合料与研磨球一起放于聚氨酯球磨罐中，在行星式球磨机
中进行球磨，球料重量比为10 : l，球磨时间20小时，球磨转速300转/分； 3、将步骤2中球磨处理后的原料在IIO(TC下热处理5小时，得到的产物为70%
质量分数的六钛酸钾晶须，这是由于在较高的合成温度下1(20的大量挥发损耗，使得实际
K20 : Ti02<l : 6，1102大量残余，影响了产物的纯度。
权利要求
一种高能球磨辅助合成六钛酸钾晶须的方法，其特征在于所采用的原料为廉价的工业级锐钛矿型二氧化钛和工业级无水碳酸钾，所述原料按K2O∶TiO2＝1∶6的理论摩尔比称量配料，与研磨球一起放入高能球磨罐中，进行高能球磨，高能球磨时的球料重量比为10∶1～20∶1，高能球磨机转速为500～700转/分，球磨10～20小时后取出，再于700～800℃下热处理1小时得到六钛酸钾晶须。
2. 按照权利要求1所述的高能球磨辅助合成六钛酸钾晶须的方法，其特征在于高能球 磨时选用的研磨球是不锈钢球，研磨球直径在1 3厘米之间。
3. 按照权利要求1 2所述的高能球磨辅助合成六钛酸钾晶须的方法，其特征在于 所述方法合成的六钛酸钾晶须组成单一，没有其他杂质，长径比为10 20，晶体表面光滑 平整，晶体发育充分，且反应过程中K20充分反应，没有挥发损耗。
全文摘要
本发明涉及一种高能球磨辅助合成六钛酸钾晶须的方法，属于无机材料制备技术领域。其特征在于以工业级锐钛矿型二氧化钛和工业级无水碳酸钾做原料，按K2O∶TiO2＝1∶6的理论摩尔比配料后采用高能球磨的方式对原料进行处理，球料重量比为10∶1～20∶1；球磨转速为500～700转/分；球磨时间10～20小时，取出后在700～800℃下热处理1小时，得到的产物为组分单一、分散均匀的六钛酸钾晶须，长径比为10～20，具有反应彻底、工艺简单、成本低、工艺参数易控、晶体发育充分的特点。
文档编号C30B29/10GK101694009SQ20091017249
公开日2010年4月14日 申请日期2009年10月1日 优先权日2009年10月1日
发明者李代兵, 王刚, 王来稳, 陈康康 申请人:中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司;