專利名稱：一種鈦酸鈣晶須的制備方法
技術領域：
本發明涉及新型無機功能材料制備技術領域，尤其涉及一種鈦酸鈣晶須的制備方法。
背景技術：
晶須是一種以單晶形式生長的纖維狀晶體材料，通常不含常規粉體材料中存在的缺陷(晶界、位錯、空穴、孿晶等)，材料直徑在微米級，其原子排列高度有序，機械強度近似等于鄰近原子間力，因而強度接近于完整晶體的理論值。晶須的高度取向結構不僅使其具有高強度、高模量和高伸長率，而且還可能在電、光、磁、介電、導熱、超導等方面表現出較優的性能，可以用作陶瓷基、金屬基、聚合物基復合材料的增強體，起到補強增韌的作用。制造高強度的功能型復合材料，有望應用于航空航天、機械設備、陶瓷、塑料、建材等行業。根據目前所掌握的文獻資料，具有鈣鈦礦型結構的鈦酸鈣是一種重要的鐵電陶瓷基體材料。由 于較低的負溫度系數效應和較強的耐腐蝕性，可以利用鈦酸鈣晶須摻雜的復合材料作為熱敏傳感器，應用到抗腐蝕傳感設備中，延長設備的使用壽命。目前，國內外現有的相關研究，主要集中于鈦酸鈣粉體及顆粒材料的制備和應用方面，尚未見有關欽酸1丐晶須制備相關的文獻報道。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種低成本、高收率的鈦酸鈣晶須的制備方法。為解決上述問題，本發明所述的一種鈦酸鈣晶須的制備方法，包括以下步驟
⑴將含鈣原料、含鈦原料、礦化劑分別研磨至粒度為60目，混合均勻得到反應原料；所述含鈦原料中的鈦元素與所述含鈣原料中的鈣元素的摩爾比為廣I. 2 '2 2. 5 ;所述礦化劑的質量占所述含鈣原料和所述含鈦原料的總質量的59Γ15% ；
⑵將所述反應原料盛入剛玉坩堝中，置于馬弗爐，設定多段升溫、恒溫程序，以5 10°C /min的升溫速率升溫至80(T830°C，恒溫煅燒I 2. 5h，再經過30min或60min，降溫至76(T785°C，恒溫I. 5^4h,自然冷卻，得到燒結產物；
⑶按I :10的料液質量體積比在所述燒結產物中加入去離子水，于80°C恒溫水浴浸泡2 3h，再經去離子水反復洗滌后抽濾，得到灰白色的固體粉餅；
⑷將所述固體粉餅在100°C鼓風烘干至恒重，即得到灰白色鈦酸鈣晶須產品。所述步驟⑴中的含鈣原料為無水氯化鈣。所述步驟⑴中的含鈦原料為二氧化鈦。所述步驟⑴中的礦化劑為乙酸鉛或乙酸鈣。本發明與現有技術相比具有以下優點
I、本發明采用高溫燒結法制備鈦酸鈣晶須，產品微觀形貌較好、長徑比和純度較高。通過對產物進行掃描電子顯微鏡(SEM，日本JEOL公司生產的JSM-5610LV型掃描電子顯微鏡，加速電壓20 kV，工作距離20mm，束斑22，SEI)分析，可以發現本發明所得產物為長度2(Γ 00μπι，均為短徑、須狀產品，純度較高(參見圖I);經XRD (日本理學D/MAX 2500型X-ray衍射儀，Cu靶，2 Θ =20° ^80°，電流200mA，電壓40kV)分析，所制備的晶須材料化學分子式為CaTiO3，基本不含其它雜質衍射峰(存在原料二氧化鈦TiO2的衍射峰)(參見圖2)，產率可達到70 75%。2、本發明原料易得，煅燒溫度適中，降低了生產成本，環境污染較小，燒結產品易于與坩堝分離，產品損失較少，礦化劑易于洗去。 3、本發明工藝簡單，適于工業化推廣應用。


下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步詳細的說明。圖I為本發明鈦酸鈣晶須的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。 圖2為本發明鈦酸鈣晶須的X射線衍射(XRD)譜圖。
具體實施例方式實施例I 一種鈦酸鈣晶須的制備方法，包括以下步驟
⑴將2. 22g含鈣原料——無水氯化鈣(CaCl2)、0. 80g含鈦原料——二氧化鈦(Ti02)、O. 15g礦化劑——乙酸鉛(Pb (CH3COO)2 ·3Η20)分別研磨至粒度為60目，混合均勻得到反應原料。其中含鈦原料中的鈦元素與含鈣原料中的鈣元素的摩爾比為I :2 ;礦化劑的質量占含鈣原料和含鈦原料的總質量的5% (含結晶水的化合物折算為純物質計算)。⑵將反應原料盛入25mL剛玉坩堝中，置于馬弗爐，以5°C /min的升溫速率升溫至8300C，恒溫煅燒lh，再經過30min，降溫至760°C，恒溫3h，自然冷卻，得到燒結產物。⑶按I :10的料液質量體積比(g/mL)在燒結產物中加入去離子水，于80°C恒溫水浴浸泡2h，經去離子水反復洗滌后抽濾，得到灰白色的固體粉餅。⑷將固體粉餅在100°C鼓風烘干至恒重，即得到2. Ilg灰白色鈦酸鈣晶須產品。經計算，該鈦酸鈣晶須產品的產率為70. 00%ο實施例2 —種鈦酸鈣晶須的制備方法，包括以下步驟
⑴將2. 22g含鈣原料——無水氯化鈣(CaCl2)、0. 88g含鈦原料——二氧化鈦(Ti02)、O. 25g礦化劑——乙酸鉛(Pb (CH3COO)2 ·3Η20)分別研磨至粒度為60目，混合均勻得到反應原料。其中含鈦原料中的鈦元素與含鈣原料中的鈣元素的摩爾比為I. I :2. O ;礦化劑的質量占含鈣原料和含鈦原料的總質量的8% (含結晶水的化合物折算為純物質計算)。⑵將反應原料盛入25mL剛玉坩堝中，置于馬弗爐，以6°C /min的升溫速率升溫至800°C，恒溫煅燒2. 5h，再經過60min降溫至780°C，恒溫I. 5h，自然冷卻，得到燒結產物。(3)按I 10的料液質量體積比(g/mL)在燒結產物中加入去離子水，于80°C恒溫水浴浸泡3h，經去離子水反復洗滌后抽濾，得到灰白色的固體粉餅。⑷將固體粉餅在100°C鼓風烘干至恒重，即得到2. 24g灰白色鈦酸鈣晶須產品。經計算，該鈦酸鈣晶須產品的產率為72. 30%。
實施例3 —種鈦酸鈣晶須的制備方法，包括以下步驟
⑴將2. 22g含鈣原料——無水氯化鈣(CaCl2)、0. 96g含鈦原料——二氧化鈦(Ti02)、O. 32g礦化劑——乙酸鉛(Pb (CH3COO)2 ·3Η20)分別研磨至粒度為60目，混合均勻得到反應原料。其中含鈦原料中的鈦元素與含鈣原料中的鈣元素的摩爾比為I. 2 :2. O ;礦化劑的質量占含鈣原料和含鈦原料的總質量的10% (含結晶水的化合物折算為純物質計算)。⑵將反應原料盛入25mL剛玉坩堝中，置于馬弗爐，以8°C /min的升溫速率升溫至815°C，恒溫煅燒lh，再經過60min降溫至765°C，恒溫4h，自然冷卻，得到燒結產物。(3)按I 10的料液質量體積比(g/mL)在燒結產物中加入去離子水，于80°C恒溫水浴浸泡2. 5h，經去離子水反復洗滌后抽濾，得到灰白色的固體粉餅。⑷將固體粉餅在100°C鼓風烘干至恒重，即得到2. 27g灰白色鈦酸鈣晶須產品。 經計算，該鈦酸鈣晶須產品的產率為71. 50%。實施例4 一種鈦酸鈣晶須的制備方法，包括以下步驟
⑴將2. 50g含鈣原料——無水氯化鈣(CaCl2)、O. 92g含鈦原料——二氧化鈦(TiO2)、O. 41g礦化劑——乙酸鉛(Pb (COOH)2 ·3Η20)分別研磨至粒度為60目，混合均勻得到反應原料。其中含鈦原料中的鈦元素與含鈣原料中的鈣元素的摩爾比為I. 15 :2. 25 ;礦化劑的質量占含鈣原料和含鈦原料的總質量的12% (含結晶水的化合物折算為純物質計算)。⑵將反應原料盛入25mL剛玉坩堝中，置于馬弗爐，以10°C /min的升溫速率升溫至810°C，恒溫煅燒2. 5h，再經過60min降溫至760°C，恒溫I. 5h，自然冷卻，得到燒結產物。(3)按I 10的料液質量體積比(g/mL)在燒結產物中加入去離子水，于80°C恒溫水浴浸泡3h，經去離子水反復洗滌后抽濾，得到灰白色的固體粉餅。⑷將固體粉餅在100°C鼓風烘干至恒重，即得到2. 44g灰白色鈦酸鈣晶須產品。經計算，該鈦酸鈣晶須產品的產率為71. 40%。實施例5 —種鈦酸鈣晶須的制備方法，包括以下步驟
⑴將2. 61g含鈣原料——無水氯化鈣(CaCl2)、0. 96g含鈦原料——二氧化鈦(Ti02)、O. 21g礦化劑——乙酸鈣(Ca (CH3COO)2 · H2O)分別研磨至粒度為60目，混合均勻得到反應原料。其中含鈦原料中的鈦元素與含鈣原料中的鈣元素的摩爾比為I. 2 :2. 35 ;礦化劑的質量占含鈣原料和含鈦原料的總質量的6% (含結晶水的化合物折算為純物質計算)。⑵將反應原料盛入25mL剛玉坩堝中，置于馬弗爐，以5°C /min的升溫速率升溫至SOO0C，恒溫煅燒2h，經過30min降溫至785°C，恒溫2h，自然冷卻，得到燒結產物。⑶按I :10的料液質量體積比(g/mL)在燒結產物中加入去離子水，于80°C恒溫水浴浸泡3h，經去離子水反復洗滌后抽濾，得到灰白色的固體粉餅。⑷將固體粉餅在100°C鼓風烘干至恒重，即得到2. 59g灰白色鈦酸鈣晶須產品。經計算，該鈦酸鈣晶須產品的產率為72. 60%。實施例6 —種鈦酸鈣晶須的制備方法，包括以下步驟
⑴將2. 72g含鈣原料——無水氯化鈣(CaCl2)、0. 88g含鈦原料——二氧化鈦(Ti02)、O. 54g礦化劑——乙酸鈣(Ca (CH3COO)2 · H2O)分別研磨至粒度為60目，混合均勻得到反應原料。其中含鈦原料中的鈦元素與含鈣原料中的鈣元素的摩爾比為I. 10 :2. 45 ;礦化劑的質量占含鈣原料和含鈦原料的總質量的15% (含結晶水的化合物折算為純物質計算)。⑵將反應原料盛入25mL剛玉坩堝中，置于馬弗爐，以6°C /min的升溫速率升溫至815°C，恒溫煅燒2h，再經過30min降溫至775°C，恒溫4h，自然冷卻，得到燒結產物。⑶按I :10的料液質量體積比(g/mL)在燒結產物中加入去離子水，于80°C恒溫水浴浸泡2. 5h，經去離子水反復洗滌后抽濾，得到灰白色的固體粉餅。⑷將固體粉餅在100°C鼓風烘干至恒重，即得到2. 64g灰白色鈦酸鈣晶須產品。經計算，該鈦酸鈣晶須產品的產率為73. 30%。實施例7 —種鈦酸鈣晶須的制備方法，包括以下步驟
⑴將2. 77g含鈣原料——無水氯化鈣(CaCl2)、0. 80g含鈦原料——二氧化鈦(Ti02)、
O.36g礦化劑——乙酸鈣(Ca (CH3COO)2 · H2O)分別研磨至粒度為60目，混合均勻得到反應原料。其中含鈦原料中的鈦元素與含鈣原料中的鈣元素的摩爾比為I. O :2. 5 ;礦化劑的質量占含鈣原料和含鈦原料的總質量的10% (含結晶水的化合物折算為純物質計算)。⑵將反應原料盛入剛玉坩堝中，置于馬弗爐，以8 °C /min的升溫速率升溫至810°C，恒溫煅燒I. 5h，再經過30min降溫至785°C，恒溫3. 5h，自然冷卻，得到燒結產物。(3)按I 10的料液質量體積比(g/mL)在燒結產物中加入去離子水于80°C恒溫水浴浸泡3h，經去離子水反復洗滌后抽濾，得到灰白色的固體粉餅。⑷將固體粉餅在100°C鼓風烘干至恒重，即得到2. 54g灰白色鈦酸鈣晶須產品。經計算，該鈦酸鈣晶須產品的產率為71. 20%。實施例8 —種鈦酸鈣晶須的制備方法，包括以下步驟
⑴將2. 77g含鈣原料——無水氯化鈣(CaCl2)、0. 96g含鈦原料——二氧化鈦(Ti02)、
O.48g礦化劑——乙酸鈣(Ca (CH3COO)2 · H2O)分別研磨至粒度為60目，混合均勻得到反應原料。其中含鈦原料中的鈦元素與含鈣原料中的鈣元素的摩爾比為I. 20 :2. 50 ;礦化劑的質量占含鈣原料和含鈦原料的總質量的13% (含結晶水的化合物折算為純物質計算)。⑵將反應原料盛入剛玉坩堝中，置于馬弗爐，以10°C /min的升溫速率升溫至830°C，恒溫煅燒2. 5h，再經過30min降溫至760°C，恒溫3h，自然冷卻，得到燒結產物。(3)按I 10的料液質量體積比(g/mL)在燒結產物中加入去離子水，于80°C恒溫水浴浸泡3h，經去離子水反復洗滌后抽濾，得到灰白色的固體粉餅。⑷將固體粉餅在100°C鼓風烘干至恒重，即得到2. SOg灰白色鈦酸鈣晶須產品。經計算，該鈦酸鈣晶須產品的產率為75. 00%ο上述實施例廣8中的二氧化鈦、無水氯化鈣、乙酸鉛、乙酸鈣均為分析純試劑；所用高溫爐為美誠陶瓷纖維馬弗爐，型號為TM-0914P。
權利要求
1.一種鈦酸鈣晶須的制備方法，包括以下步驟 ⑴將含鈣原料、含鈦原料、礦化劑分別研磨至粒度為60目，混合均勻得到反應原料；所述含鈦原料中的鈦元素與所述含鈣原料中的鈣元素的摩爾比為廣I. 2 '2 2. 5 ;所述礦化劑的質量占所述含鈣原料和所述含鈦原料的總質量的59T15% ； ⑵將所述反應原料盛入剛玉坩堝中，置于馬弗爐，設定多段升溫、恒溫程序，以5 10°C /min的升溫速率升溫至80(T830°C，恒溫煅燒I 2. 5h，再經過30min或60min，降溫至76(T785°C，恒溫I. 5^4h,自然冷卻，得到燒結產物； ⑶按I :10的料液質量體積比在所述燒結產物中加入去離子水，于80°C恒溫水浴浸泡2 3h，再經去離子水反復洗滌后抽濾，得到灰白色的固體粉餅； ⑷將所述固體粉餅在100°C鼓風烘干至恒重，即得到灰白色鈦酸鈣晶須產品。
2.如權利要求I所述的一種鈦酸鈣晶須的制備方法，其特征在于所述步驟⑴中的含鈣原料為無水氯化鈣。
3.如權利要求I所述的一種鈦酸鈣晶須的制備方法，其特征在于所述步驟⑴中的含鈦原料為二氧化鈦。
4.如權利要求I所述的一種鈦酸鈣晶須的制備方法，其特征在于所述步驟⑴中的礦化劑為乙酸鉛或乙酸鈣。
全文摘要
本發明涉及一種鈦酸鈣晶須的制備方法，該方法包括以下步驟⑴將含鈣原料、含鈦原料、礦化劑分別研磨至粒度為60目，混合均勻得到反應原料；⑵將所述反應原料盛入剛玉坩堝中，置于馬弗爐，設定多段升溫、恒溫程序，以5~10℃/min的升溫速率升溫至800~830℃，恒溫煅燒1~2.5h，再經過30min或60min，降溫至760~785℃，恒溫1.5~4h，自然冷卻，得到燒結產物；⑶在所述燒結產物中加入去離子水，于80℃恒溫水浴浸泡2~3h，再經去離子水反復洗滌后抽濾，得到灰白色的固體粉餅；⑷將所述固體粉餅鼓風烘干至恒重，即得到灰白色鈦酸鈣晶須產品。本發明工藝簡單、成本低，產率在70~75%左右，所得鈦酸鈣晶須產品微觀形貌較好、純度高、產品易于與坩堝分離，工業污染較小，礦化劑易于除去，具有應用價值。
文檔編號C01G23/00GK102787359SQ20121031880
公開日2012年11月21日 申請日期2012年9月3日 優先權日2012年9月3日
發明者乃學瑛, 張永興, 李武, 邊紹菊, 魏明 申請人:中國科學院青海鹽湖研究所