本發(fā)明涉及一種過程控制合成六鈦酸鉀片晶的方法，屬于增強(qiáng)材料、摩擦材料和耐熱材料的制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

六鈦酸鉀片晶材料因其獨(dú)特的片狀結(jié)構(gòu)，具有良好的耐高溫和耐摩擦性能，尤其是作為剎車片的摩擦材料的應(yīng)用日益獲得汽車行業(yè)的重視。與傳統(tǒng)采用石棉作為剎車片的摩擦材料工藝相比，六鈦酸鉀片晶材料不僅在耐高溫與耐摩擦性能方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于石棉，使汽車的剎車性能得到提高，還能降低汽車剎車時產(chǎn)生的摩擦噪音；在人身安全方面，六鈦酸鉀片晶屬于無毒、綠色環(huán)保產(chǎn)品，不會像晶須類產(chǎn)品一樣容易被人體吸入，繼而給身體造成不良影響，因此六鈦酸鉀片晶材料非常適合作為新一代的摩擦材料。隨著國際社會對汽車剎車片摩擦性能的要求不斷提高，六鈦酸鉀片晶作為新一代摩擦材料的應(yīng)用必將成為一種趨勢，其前景非常光明。

由于六鈦酸鉀酸鉀在結(jié)晶過程中總是傾向形成纖維狀，導(dǎo)致片晶的制備變得非常困難，因此國內(nèi)外鮮有PPT的研究報道。美國專利US 6677041B1，發(fā)明了一種片狀六鈦酸鉀的制備方法，以鈦酸鎂鉀為前驅(qū)體，通過酸堿洗和煅燒制備六鈦酸鉀片晶。但是產(chǎn)物結(jié)晶度差，形貌不夠均勻。中國專利CN 101314480A，以偏鈦酸為原料，用燒結(jié)法合成前驅(qū)體，通過PH調(diào)節(jié)處理，最終制得鱗片狀六鈦酸鉀。但是偏鈦酸在高溫時會轉(zhuǎn)變?yōu)槌Ｓ免伆追郏茈y誘導(dǎo)生成片晶；而后續(xù)的酸堿處理也不會對產(chǎn)物的形貌產(chǎn)生影響，因而很難得到目標(biāo)產(chǎn)物。中國專利CN 104846429A，通過驟冷降溫法合成小尺寸片狀六鈦酸鉀，直徑0.5～0.8μm，長度35～48μm。但是反應(yīng)對鈦源的純度要求較高，增加了生產(chǎn)成本；驟冷降溫對反應(yīng)容器的損害較大，提高了容器崩裂的風(fēng)險。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種過程控制合成六鈦酸鉀片晶的方法。該方法合成的六鈦酸鉀片晶平均長度為0.8-5.1μm，平均寬度為0.6-3.2μm，形貌均勻，分散性好，結(jié)晶度高，且操作簡單，設(shè)備條件低，成本低廉，適合工業(yè)化生產(chǎn)。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案如下：

一種過程控制合成六鈦酸鉀片晶的方法，其特征是：以鈦酸鋰鉀片晶為前驅(qū)體，經(jīng)過酸處理、水熱處理之后，再進(jìn)行煅燒，從而合成平均長度為0.8-5.1μm，平均寬度為0.6-3.2μm的六鈦酸鉀片晶。

一種過程控制合成六鈦酸鉀片晶的方法，包括如下步驟：

1)以鈦源、鉀源、鋰源為主要原料，氯化鉀為助劑，在球磨機(jī)中混合均勻進(jìn)行濕磨；將混合物在800-1200℃下煅燒2-48h；將煅燒產(chǎn)物破碎，洗滌，過濾，干燥制得化學(xué)式為K_0.8Li_0.27Ti_1.73O₄的鈦酸鋰鉀片晶；

2)將第一步制得的鈦酸鋰鉀片晶放在硝酸溶液中室溫攪拌，然后將反應(yīng)產(chǎn)物固液分離，洗滌；

3)將第二步制得的產(chǎn)物與氫氧化鉀溶液一起加入高壓反應(yīng)釜中進(jìn)行水熱反應(yīng)，然后將反應(yīng)產(chǎn)物固液分離，洗滌，干燥；

4)對第三步制得的產(chǎn)物進(jìn)行二次煅燒，隨爐冷卻，從而合成六鈦酸鉀片晶。

進(jìn)一步，所述的鋰源是碳酸鋰、硝酸鋰、醋酸鋰、鋰輝石、鋰云母中的一種或幾種。

進(jìn)一步，所述的鋰源、鉀源、鈦源，以Li₂O，K₂O，TiO₂計，摩爾比為：Li₂O：K₂O：TiO₂＝1：(2.5-3.8)：(8.9-14.1)。

進(jìn)一步，所述的高溫煅燒，煅燒工藝為：800～1200℃下燒結(jié)2～48h。

進(jìn)一步，所述的硝酸溶液濃度為0.1-2.0mol/L。

進(jìn)一步，所述的氫氧化鉀溶液溶度為1.0-2.0mol/L。

進(jìn)一步，所述的水熱反應(yīng)條件為：水熱溫度120-200℃，水熱時間8-18h。

進(jìn)一步，所述的二次煅燒條件為：煅燒溫度700-1100℃，煅燒時間1-6h。

本發(fā)明的有益效果：

1)本發(fā)明所述的一種過程控制合成六鈦酸鉀片晶的方法，合成的鈦酸鋰鉀片晶也是一種優(yōu)良的環(huán)保型摩擦控制劑，屬于當(dāng)代環(huán)保材料的最新一代產(chǎn)品。

2)本發(fā)明所述的一種過程控制合成六鈦酸鉀片晶的方法，將鈦酸鋰鉀片晶放在硝酸溶液攪拌，是為了使材料中鉀離子和鋰離子完全被氫離子交換，方便下一步水熱插鉀。

3)本發(fā)明所述的一種過程控制合成六鈦酸鉀片晶的方法，在酸處理后的水熱反應(yīng)，不僅可以使溶液中鉀離子重新插入材料層間，還可以使產(chǎn)物進(jìn)行重結(jié)晶，從而提高在酸洗過程中由于晶體結(jié)構(gòu)遭到破壞而降低的結(jié)晶度，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

4)本發(fā)明所述的一種過程控制合成六鈦酸鉀片晶的方法，在水熱反應(yīng)后的二次煅燒，可以去除在水熱反應(yīng)過程中引入層間的結(jié)構(gòu)水，并使產(chǎn)物由四鈦酸鉀轉(zhuǎn)變?yōu)榱佀徕浧В瑥亩岣弋a(chǎn)品的純度和質(zhì)量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的第一個實(shí)施例所述六鈦酸鉀片晶的XRD圖。

圖2為本發(fā)明的第一個實(shí)施例所述六鈦酸鉀片晶的SEM圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1

將TiO₂、K₂CO₃和Li₂CO₃按照摩爾比K₂CO₃：Li₂CO₃：TiO₂＝2.4:0.8：10.4的比例均勻混合，再加入KCl，并加入50wt％氯化鉀作為助劑，置于攪拌器中均勻混合；然后將混合物置于馬弗爐中進(jìn)行高溫煅燒，升溫速度為5℃/min，升溫至800℃，保溫20小時，隨爐冷卻。將制得的鈦酸鋰鉀破碎，用沸水洗滌后抽濾或離心。將水洗后的產(chǎn)物放入1M的硝酸溶液中室溫連續(xù)攪拌2天，然后固液分離，洗滌。隨后將產(chǎn)物放入高溫反應(yīng)釜中，并向其中加入1.5M的氫氧化鉀溶液，升溫至150℃，水熱12h，然后固液分離，洗滌，干燥。將水熱所得產(chǎn)物置于馬弗爐中，在900℃下煅燒3h，隨爐冷卻，從而合成六鈦酸鉀片晶。經(jīng)X射線衍射分析表明，所得產(chǎn)物化學(xué)式為K₂Ti₆O₁₃，掃描電子顯微鏡觀察表明六鈦酸鉀呈片狀，測得六鈦酸鉀片晶尺寸為：平均長度0.8-5.1μm，平均寬度0.6-3.2μm。

實(shí)施例2

將TiO₂、K₂CO₃和Li₂CO₃按照摩爾比K₂CO₃：Li₂CO₃：TiO₂＝3:1：13的比例均勻混合，再加入KCl，并加入60wt％氯化鉀作為助劑，置于攪拌器中均勻混合；然后將混合物置于馬弗爐中進(jìn)行高溫煅燒，升溫速度為10℃/min，升溫至1000℃，保溫5小時，隨爐冷卻。將制得的鈦酸鋰鉀破碎，用沸水洗滌后抽濾或離心。將水洗后的產(chǎn)物放入1.5M的硝酸溶液中室溫連續(xù)攪拌2天，然后固液分離，洗滌。隨后將產(chǎn)物放入高溫反應(yīng)釜中，并向其中加入2M的氫氧化鉀溶液，升溫至180℃，水熱8h，然后固液分離，洗滌，干燥。將水熱所得產(chǎn)物置于馬弗爐中，在900℃下煅燒3h，隨爐冷卻，從而合成六鈦酸鉀片晶。經(jīng)X射線衍射分析表明，所得產(chǎn)物化學(xué)式為K₂Ti₆O₁₃，掃描電子顯微鏡觀察表明六鈦酸鉀呈片狀，測得六鈦酸鉀片晶尺寸為：平均長度1.1-5.2μm，平均寬度0.3-4.5μm。

實(shí)施例3

將TiO₂、K₂CO₃和Li₂CO₃按照摩爾比K₂CO₃：Li₂CO₃：TiO₂＝2.5:0.9：12.5的比例均勻混合，再加入KCl，并加入40wt％氯化鉀作為助劑，置于攪拌器中均勻混合；然后將混合物置于馬弗爐中進(jìn)行高溫煅燒，升溫速度為50℃/min，升溫至950℃，保溫2小時，隨爐冷卻。將制得的鈦酸鋰鉀破碎，用沸水洗滌后抽濾或離心。將水洗后的產(chǎn)物放入0.5M的硝酸溶液中室溫連續(xù)攪拌2天，然后固液分離，洗滌。隨后將產(chǎn)物放入高溫反應(yīng)釜中，并向其中加入1.0M的氫氧化鉀溶液，升溫至150℃，水熱8h，然后固液分離，洗滌，干燥。將水熱所得產(chǎn)物置于馬弗爐中，在700℃下煅燒6h，隨爐冷卻，從而合成六鈦酸鉀片晶。經(jīng)X射線衍射分析表明，所得產(chǎn)物化學(xué)式為K₂Ti₆O₁₃，掃描電子顯微鏡觀察表明六鈦酸鉀呈片狀，測得六鈦酸鉀片晶尺寸為：平均長度0.5-3.2μm，平均寬度0.6-2.7μm。