本發(fā)明涉及一種固相法制備六鈦酸鉀片晶的方法，屬于無(wú)機(jī)材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

六鈦酸鉀片晶(K₂Ti₆O₁₃)具有優(yōu)異的力學(xué)性能，其特殊的層狀結(jié)構(gòu)又賦予其許多獨(dú)特的物理化學(xué)特性，被廣泛應(yīng)用于樹脂基和陶瓷基復(fù)合材料的增韌增強(qiáng)，尤其是在耐溫隔熱材料、摩擦材料、絕緣材料等領(lǐng)域，因此日益受到汽車行業(yè)的重視。作為新一代摩擦材料，六鈦酸鉀片晶在剎車片中的應(yīng)用，不僅可以顯著提高剎車性能，還可以降低剎車噪音、大幅改善剎車時(shí)的腳感、提高剎車片的使用壽命等。目前含有六鈦酸鉀片晶的陶瓷剎車片在國(guó)內(nèi)外都處于推廣上升階段，這主要因?yàn)閭鹘y(tǒng)濕法制備工序復(fù)雜，導(dǎo)致生產(chǎn)成本過(guò)高，從而阻礙其大規(guī)模市場(chǎng)化應(yīng)用。

目前六鈦酸鉀片晶的制備主要采用濕法工藝和驟冷降溫方式，但是生產(chǎn)工藝都存在一定的問(wèn)題。如美國(guó)專利US 6677041B1和中國(guó)專利CN 102390864A，都公開了一種片狀六鈦酸鉀的合成方法，以鈦酸鎂鉀為前驅(qū)體，通過(guò)水洗、酸洗、堿洗和煅燒制備出六鈦酸鉀片晶，片晶平均直徑大小為2-3.5μm，厚100-200nm。但是鈦酸鉀鎂中的鎂很不容易被酸洗完全，從而干擾后續(xù)的生產(chǎn)工序；另外酸堿洗工藝將會(huì)增大企業(yè)的設(shè)備投入，并產(chǎn)生大量的工業(yè)廢水，非常不利于工業(yè)化生產(chǎn)。再如中國(guó)專利CN 104846429A，通過(guò)驟冷降溫法合成小尺寸六鈦酸鉀片晶，直徑0.5～0.8μm，長(zhǎng)度35～48μm。但是反應(yīng)對(duì)鈦源的純度要求較高，增加了生產(chǎn)成本；驟冷降溫對(duì)反應(yīng)容器的損害較大，提高了容器崩裂的風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種固相法制備六鈦酸鉀片晶的方法。該方法合成的六鈦酸鉀片晶平均直徑為1.0-5.7μm，平均厚度為0.1-0.5μm，形貌均勻，分散性好，結(jié)晶度高，且操作簡(jiǎn)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：

一種固相法制備六鈦酸鉀片晶的方法，其特征是：以鉀源、鈦源為原料，加入少量晶型誘導(dǎo)劑，混合均勻后，將混合物在高溫下煅燒制得四鈦酸鉀片晶，并以此為前驅(qū)體經(jīng)過(guò)二次煅燒，從而制備出平均直徑為1.0-5.7μm，平均厚度為0.1-0.5μm的六鈦酸鉀片晶。

一種固相法制備六鈦酸鉀片晶的方法，包括如下步驟：

1)以鈦源、鉀源為主要原料，加入少量晶型誘導(dǎo)劑，在球磨機(jī)中混合均勻進(jìn)行濕磨；將混合物在900-1200℃下煅燒1-24h，隨爐冷卻；

2)將第一步制得的產(chǎn)物破碎，洗滌，過(guò)濾，干燥制得化學(xué)式為K₂Ti₄O₉的四鈦酸鉀片晶；

3)將第二步制得的產(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，所述的鉀源是碳酸鉀、氫氧化鉀、硝酸鉀、氧化鉀中的一種或幾種。

進(jìn)一步，所述的鈦源是工業(yè)級(jí)偏鈦酸、工業(yè)級(jí)金紅石型二氧化鈦、銳鈦礦型二氧化鈦中的一種或幾種。

進(jìn)一步，所述的晶型誘導(dǎo)劑是氫氧化鎂與氯化鉀的混合物，質(zhì)量比為1:(6.9-9.8)。

進(jìn)一步，所述的鉀源、鈦源，以K₂O，TiO₂計(jì)，摩爾比為：K₂O：TiO₂＝1:(2.5-4.8)。

進(jìn)一步，所述的高溫煅燒，煅燒工藝為：900～1200℃下燒結(jié)1～24h。

進(jìn)一步，所述的干燥條件為：溫度30-70℃，水熱時(shí)間6-24h。

進(jìn)一步，所述的二次煅燒條件為：所述的二次煅燒條件為：煅燒溫度700-900℃，煅燒時(shí)間1-3h。

本發(fā)明的有益效果：

1)本發(fā)明所述的一種制備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)明所述的一種制備六鈦酸鉀片晶的方法，在國(guó)內(nèi)外很少報(bào)道六鈦酸鉀片晶制備的背景下，提供了一種新型六鈦酸鉀片晶的制備工藝。

3)本發(fā)明所述的一種制備六鈦酸鉀片晶的方法，采用晶型誘導(dǎo)劑一步合成四鈦酸鉀片晶前驅(qū)體，避免了傳統(tǒng)酸堿洗產(chǎn)生的工業(yè)廢水，并簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工序。

4)本發(fā)明所述的一種制備六鈦酸鉀片晶的方法，二次煅燒可以使產(chǎn)物由四鈦酸鉀片晶轉(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(shuō)明

圖1為本發(fā)明的第一個(gè)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(gè)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(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例1

將TiO₂和K₂CO₃按照摩爾比TiO₂：K₂CO₃＝2.1:1.0的比例均勻混合，再加入3wt％晶型誘導(dǎo)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1000℃，保溫2小時(shí)，隨爐冷卻。將制得的四鈦酸鉀片晶破碎，用沸水洗滌后抽濾或離心，隨后置于烘箱中50℃干燥24h。將干燥后的產(chǎn)物再次置于馬弗爐中，在800℃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(cè)得六鈦酸鉀片晶尺寸為：平均直徑1.0-5.7μm，平均厚度0.1-0.5μm。

實(shí)施例2

將TiO₂和K₂CO₃按照摩爾比TiO₂：K₂CO₃＝3.8:0.8的比例均勻混合，再加入5wt％晶型誘導(dǎo)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3℃/min，升溫至1100℃，保溫1小時(shí)，隨爐冷卻。將制得的四鈦酸鉀片晶破碎，用沸水洗滌后抽濾或離心，隨后置于烘箱中60℃干燥15h。將干燥后的產(chǎn)物再次置于馬弗爐中，在900℃下煅燒1h，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(cè)得六鈦酸鉀片晶尺寸為：平均直徑1.4-6.7μm，平均厚度0.2-0.8μm。

實(shí)施例3

將TiO₂和K₂CO₃按照摩爾比TiO₂：K₂CO₃＝4.8:2.0的比例均勻混合，再加入5wt％晶型誘導(dǎo)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7℃/min，升溫至900℃，保溫8小時(shí)，隨爐冷卻。將制得的四鈦酸鉀片晶破碎，用沸水洗滌后抽濾或離心，隨后置于烘箱中70℃干燥8h。將干燥后的產(chǎn)物再次置于馬弗爐中，在700℃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(cè)得六鈦酸鉀片晶尺寸為：平均直徑1.0-5.7μm，平均厚度0.1-0.5μm。