專(zhuān)利名稱(chēng)：一種合成鈦酸鋁超細(xì)粉的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超細(xì)粉體制備技術(shù)，具體涉及采用溶膠—凝膠工藝合成鈦酸鋁超細(xì)粉的方法。
背景技術(shù)：
鈦酸鋁陶瓷材料是一種集高熔點(diǎn)、低膨脹特點(diǎn)于一身的優(yōu)異材料，其熔點(diǎn)高達(dá)1860℃，膨脹系數(shù)為0.5～1.5×10-6/℃，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，制備鈦酸鋁粉體的方法有化學(xué)氣相沉積法(CVD)、固相法、共沉淀法、溶膠—凝膠法(sol-gel)、包裹法、燃燒法、有機(jī)聚合法和水熱法等。固相法直接采用氧化鋁和鈦白粉制備鈦酸鋁粉體，它難以混和均勻，并且合成溫度高。燃燒法和水熱法對(duì)設(shè)備的要求較高，而通過(guò)液相法制備粉體則具有粉體均勻性好、純度高、可以精確控制化學(xué)計(jì)量比等優(yōu)點(diǎn)。
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(tǒng)工藝大多是采用鋁和鈦的醇鹽為原料，外加水使其在有機(jī)介質(zhì)中發(fā)生水解、縮聚反應(yīng)，形成凝膠，凝膠經(jīng)干燥、煅燒處理后，獲得鈦酸鋁粉體。由于鈦醇鹽水解活性高，需降低其水解速度，如采用滴加方式引入水，或者應(yīng)用螯合劑與鈦醇鹽形成螯合物，降低其反應(yīng)活性，實(shí)現(xiàn)與鋁醇鹽同步水解，因此，凝膠所需時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致生產(chǎn)周期長(zhǎng)、成本高，操作條件要求高，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種合成鈦酸鋁超細(xì)粉的方法，該方法采用低價(jià)原料，無(wú)需外加水就可發(fā)生水解、縮聚反應(yīng)，解決了傳統(tǒng)合成方法周期長(zhǎng)、成本高、反應(yīng)不易控制等問(wèn)題。
本發(fā)明以四氯化鈦(TiCl4)和硝酸鋁(Al(NO3)3·9H2O)為前驅(qū)體，以無(wú)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(shù)∶無(wú)水低碳醇的摩爾數(shù)＝1∶10～25，TiCl4∶Al(NO3)3·9H2O＝1∶2(摩爾比)；然后在60～90℃的條件下，利用硝酸鋁本身所含的結(jié)晶水使混合醇溶液發(fā)生快速水解、縮聚反應(yīng)形成凝膠，經(jīng)干燥、研磨、煅燒處理后獲得鈦酸鋁超細(xì)粉。
所述的無(wú)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?jī)?yōu)選占混合醇溶液總重量的0.5～3％；所述的干燥處理的最佳溫度范圍是60～85℃，煅燒處理的最佳溫度范圍為1320～1380℃，保溫時(shí)間為30～60min。
本發(fā)明直接利用了硝酸鋁中所含結(jié)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(jié)晶水與四氯化鈦醇溶液的水解反應(yīng)易控制，可通過(guò)加熱調(diào)控溶膠向凝膠的轉(zhuǎn)化速率。本發(fā)明既無(wú)需添加螯合劑，也無(wú)需引入催化劑，與傳統(tǒng)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(shí)施例1粉體的XRD圖譜；圖2為實(shí)施例1粉體的TEM照片；圖3為實(shí)施例2粉體的XRD圖譜；圖4為實(shí)施例2粉體的TEM照片；圖5為實(shí)施例3粉體的XRD圖譜；圖6為實(shí)施例3粉體的SEM照片；圖7為實(shí)施例4粉體的XRD圖譜；圖8為實(shí)施例4粉體的SEM照片；圖9為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1將0.036molAl(NO3)3·9H2O(分析純)、0.018molTiCl4(化學(xué)純)的前驅(qū)體原料，溶解于0.735mol無(wú)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，將其置于80℃的水浴中進(jìn)行加熱、回流，使之發(fā)生水解縮聚反應(yīng)，形成凝膠C，然后經(jīng)65℃干燥形成干凝膠D，研磨后放入坩堝，在電爐中煅燒在400℃之前升溫速率為4℃/min，然后以10℃/min升至1350℃，保溫0.5h，即可得到鈦酸鋁超細(xì)粉體。產(chǎn)物的XRD分析表明所合成的粉體為鈦酸鋁(見(jiàn)圖1)；圖2中的TEM照片顯示，粉體分散性好、粒徑小于1μm。
實(shí)施例2將實(shí)施例1中無(wú)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(jīng)XRD分析證實(shí)所得粉體為鈦酸鋁(見(jiàn)圖3)，從圖4的TEM照片可以看出，粉體分散性好，平均粒徑小于1μm。
實(shí)施例3將實(shí)施例1中無(wú)水乙醇(分析純)改為無(wú)水異丙醇(分析純)，其它條件不變，所得到粉體經(jīng)XRD分析為鈦酸鋁晶相(見(jiàn)圖5)，SEM分析表明，鈦酸鋁粉體分散性好，粒徑分布均勻(見(jiàn)圖6)。
實(shí)施例4將實(shí)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(shí)加入，其它條件不變，得到鈦酸鋁粉體(見(jiàn)圖7XRD分析結(jié)果)，圖8中的SEM照片說(shuō)明，所合成的鈦酸鋁粉體晶粒細(xì)小，分布均勻。
權(quán)利要求
1.一種合成鈦酸鋁超細(xì)粉的方法，其特征在于以四氯化鈦(TiCl4)和硝酸鋁(Al(NO3)3·9H2O)為前驅(qū)體，以無(wú)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(shù)∶無(wú)水低碳醇的摩爾數(shù)＝1∶10～25，TiCl4∶Al(NO3)3·9H2O＝1∶2(摩爾比)；然后在60～90℃的條件下，利用硝酸鋁本身所含的結(jié)晶水使混合醇溶液發(fā)生快速水解、縮聚反應(yīng)形成凝膠，經(jīng)干燥、研磨、煅燒處理后獲得鈦酸鋁超細(xì)粉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成鈦酸鋁超細(xì)粉的方法，其特征在于所述的無(wú)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(jù)權(quán)利要求1所述的合成鈦酸鋁超細(xì)粉的方法，其特征在于所述的分散劑加入量占混合醇溶液總重量的0.5～3％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成鈦酸鋁超細(xì)粉的方法，其特征在于所述干燥處理的溫度是60～85℃，煅燒處理的溫度為1320～1380℃，保溫時(shí)間是30～60min。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種合成鈦酸鋁超細(xì)粉的方法。本發(fā)明以四氯化鈦和硝酸鋁為前驅(qū)體，以無(wú)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，然后在60～90℃的條件下使其快速水解、縮聚形成凝膠，經(jīng)干燥、研磨、煅燒處理后獲得鈦酸鋁超細(xì)粉。本發(fā)明利用硝酸鋁中所含結(jié)晶水，不但省去了外加水步驟，且使得水解反應(yīng)易于控制，具有工藝簡(jiǎn)單、易于操作、成本低、周期短等特點(diǎn)，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C01F7/00GK1834018SQ20061000531
公開(kāi)日2006年9月20日 申請(qǐng)日期2006年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月12日
發(fā)明者江偉輝, 周健兒, 魏恒勇, 劉建軍, 顧幸勇, 朱小平 申請(qǐng)人:景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院