一種合成鈦酸鋁超細粉的方法

2023-10-17 14:02:34 3

專利名稱：一種合成鈦酸鋁超細粉的方法
技術領域：
本發明涉及超細粉體製備技術，具體涉及採用溶膠—凝膠工藝合成鈦酸鋁超細粉的方法。
背景技術：
鈦酸鋁陶瓷材料是一種集高熔點、低膨脹特點於一身的優異材料，其熔點高達1860℃，膨脹係數為0.5～1.5×10-6/℃，因而具有廣闊的應用前景。目前，製備鈦酸鋁粉體的方法有化學氣相沉積法(CVD)、固相法、共沉澱法、溶膠—凝膠法(sol-gel)、包裹法、燃燒法、有機聚合法和水熱法等。固相法直接採用氧化鋁和鈦白粉製備鈦酸鋁粉體，它難以混和均勻，並且合成溫度高。燃燒法和水熱法對設備的要求較高，而通過液相法製備粉體則具有粉體均勻性好、純度高、可以精確控制化學計量比等優點。
溶膠—凝膠法是液相法合成鈦酸鋁粉體的常用方法之一。傳統工藝大多是採用鋁和鈦的醇鹽為原料，外加水使其在有機介質中發生水解、縮聚反應，形成凝膠，凝膠經乾燥、煅燒處理後，獲得鈦酸鋁粉體。由於鈦醇鹽水解活性高，需降低其水解速度，如採用滴加方式引入水，或者應用螯合劑與鈦醇鹽形成螯合物，降低其反應活性，實現與鋁醇鹽同步水解，因此，凝膠所需時間長，導致生產周期長、成本高，操作條件要求高，難以實現大規模工業化生產。

發明內容
本發明的目的在於提供一種合成鈦酸鋁超細粉的方法，該方法採用低價原料，無需外加水就可發生水解、縮聚反應，解決了傳統合成方法周期長、成本高、反應不易控制等問題。
本發明以四氯化鈦(TiCl4)和硝酸鋁(Al(NO3)3·9H2O)為前驅體，以無水低碳醇為溶劑，以甘油或/和分子量為600～10000的聚乙二醇為分散劑，在劇烈攪拌條件下形成混合醇溶液，其中四氯化鈦和硝酸鋁的總摩爾數∶無水低碳醇的摩爾數＝1∶10～25，TiCl4∶Al(NO3)3·9H2O＝1∶2(摩爾比)；然後在60～90℃的條件下，利用硝酸鋁本身所含的結晶水使混合醇溶液發生快速水解、縮聚反應形成凝膠，經乾燥、研磨、煅燒處理後獲得鈦酸鋁超細粉。
所述的無水低碳醇可以是甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、正丁醇的一種或一種以上的混合物；所述的分散劑加入量優選佔混合醇溶液總重量的0.5～3％；所述的乾燥處理的最佳溫度範圍是60～85℃，煅燒處理的最佳溫度範圍為1320～1380℃，保溫時間為30～60min。
本發明直接利用了硝酸鋁中所含結晶水，不但省去了外加水步驟，而且更重要的是硝酸鋁中釋放的結晶水與四氯化鈦醇溶液的水解反應易控制，可通過加熱調控溶膠向凝膠的轉化速率。本發明既無需添加螯合劑，也無需引入催化劑，與傳統溶膠凝膠法相比凝膠周期縮短40％以上，成本降低50％以上。


圖1為實施例1粉體的XRD圖譜；圖2為實施例1粉體的TEM照片；圖3為實施例2粉體的XRD圖譜；圖4為實施例2粉體的TEM照片；圖5為實施例3粉體的XRD圖譜；圖6為實施例3粉體的SEM照片；圖7為實施例4粉體的XRD圖譜；圖8為實施例4粉體的SEM照片；圖9為本發明的工藝流程圖。
具體實施例方式
實施例1將0.036molAl(NO3)3·9H2O(分析純)、0.018molTiCl4(化學純)的前驅體原料，溶解於0.735mol無水乙醇(分析純)，得到四氯化鈦和硝酸鋁的混合醇溶液A，在劇烈攪拌下，將1.5wt％甘油(分析純)加入其中，得到混合液B，將其置於80℃的水浴中進行加熱、回流，使之發生水解縮聚反應，形成凝膠C，然後經65℃乾燥形成幹凝膠D，研磨後放入坩堝，在電爐中煅燒在400℃之前升溫速率為4℃/min，然後以10℃/min升至1350℃，保溫0.5h，即可得到鈦酸鋁超細粉體。產物的XRD分析表明所合成的粉體為鈦酸鋁(見圖1)；圖2中的TEM照片顯示，粉體分散性好、粒徑小於1μm。
實施例2將實施例1中無水乙醇(分析純)用量改為1.080mol，水浴回流溫度改為65℃，其它條件不變，得到鈦酸鋁粉體，經XRD分析證實所得粉體為鈦酸鋁(見圖3)，從圖4的TEM照片可以看出，粉體分散性好，平均粒徑小於1μm。
實施例3將實施例1中無水乙醇(分析純)改為無水異丙醇(分析純)，其它條件不變，所得到粉體經XRD分析為鈦酸鋁晶相(見圖5)，SEM分析表明，鈦酸鋁粉體分散性好，粒徑分布均勻(見圖6)。
實施例4將實施例1中1.5wt％分散劑甘油(分析純)改為1.5wt％聚乙二醇4000(分析純)與1.5wt％分散劑甘油(分析純)同時加入，其它條件不變，得到鈦酸鋁粉體(見圖7XRD分析結果)，圖8中的SEM照片說明，所合成的鈦酸鋁粉體晶粒細小，分布均勻。
權利要求
1.一種合成鈦酸鋁超細粉的方法，其特徵在於以四氯化鈦(TiCl4)和硝酸鋁(Al(NO3)3·9H2O)為前驅體，以無水低碳醇為溶劑，以甘油或/和分子量為600～10000的聚乙二醇為分散劑，在劇烈攪拌條件下形成混合醇溶液，其中四氯化鈦和硝酸鋁的總摩爾數∶無水低碳醇的摩爾數＝1∶10～25，TiCl4∶Al(NO3)3·9H2O＝1∶2(摩爾比)；然後在60～90℃的條件下，利用硝酸鋁本身所含的結晶水使混合醇溶液發生快速水解、縮聚反應形成凝膠，經乾燥、研磨、煅燒處理後獲得鈦酸鋁超細粉。
2.根據權利要求1所述的合成鈦酸鋁超細粉的方法，其特徵在於所述的無水低碳醇是甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、正丁醇的一種或一種以上的混合物。
3.根據權利要求1所述的合成鈦酸鋁超細粉的方法，其特徵在於所述的分散劑加入量佔混合醇溶液總重量的0.5～3％。
4.根據權利要求1所述的合成鈦酸鋁超細粉的方法，其特徵在於所述乾燥處理的溫度是60～85℃，煅燒處理的溫度為1320～1380℃，保溫時間是30～60min。
全文摘要
本發明公開一種合成鈦酸鋁超細粉的方法。本發明以四氯化鈦和硝酸鋁為前驅體，以無水低碳醇為溶劑，以甘油或/和分子量為600～10000的聚乙二醇為分散劑，在劇烈攪拌條件下形成混合醇溶液，然後在60～90℃的條件下使其快速水解、縮聚形成凝膠，經乾燥、研磨、煅燒處理後獲得鈦酸鋁超細粉。本發明利用硝酸鋁中所含結晶水，不但省去了外加水步驟，且使得水解反應易於控制，具有工藝簡單、易於操作、成本低、周期短等特點，適合工業化生產。
文檔編號C01F7/00GK1834018SQ20061000531
公開日2006年9月20日 申請日期2006年1月12日 優先權日2006年1月12日
發明者江偉輝, 周健兒, 魏恆勇, 劉建軍, 顧幸勇, 朱小平 申請人:景德鎮陶瓷學院