一種鈦酸鈣晶須的制備方法

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(yīng)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1~1.2：2~2.5；所述礦化劑的質(zhì)量占所述含鈣原料和所述含鈦原料的總質(zhì)量的5%~15%；所述含鈣原料為無水氯化鈣；
所述含鈦原料為二氧化鈦；所述礦化劑為乙酸鉛或乙酸鈣；
⑵將所述反應(yīng)原料盛入剛玉坩堝中，置于馬弗爐，設(shè)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(jīng)過30min或60min，降溫至760~785℃，恒溫1.5~4h，自然冷卻，得到燒結(jié)產(chǎn)物；
⑶按1：10的料液質(zhì)量體積比在所述燒結(jié)產(chǎn)物中加入去離子水，于80℃恒溫水浴浸泡
2~3h，再經(jīng)去離子水反復(fù)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℃鼓風(fēng)烘干至恒重，即得到灰白色鈦酸鈣晶須產(chǎn)品。

一種鈦酸鈣晶須的制備方法\n技術(shù)領(lǐng)域\n[0001] 本發(fā)明涉及新型無機(jī)功能材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鈦酸鈣晶須的制備方法。\n背景技術(shù)\n[0002] 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(guī)粉體材料中存在的缺陷（晶界、位錯(cuò)、空穴、孿晶等），材料直徑在微米級，其原子排列高度有序，機(jī)械強(qiáng)度近似等于鄰近原子間力，因而強(qiáng)度接近于完整晶體的理論值。晶須的高度取向結(jié)構(gòu)不僅使其具有高強(qiáng)度、高模量和高伸長率，而且還可能在電、光、磁、介電、導(dǎo)熱、超導(dǎo)等方面表現(xiàn)出較優(yōu)的性能，可以用作陶瓷基、金屬基、聚合物基復(fù)合材料的增強(qiáng)體，起到補(bǔ)強(qiáng)增韌的作用。制造高強(qiáng)度的功能型復(fù)合材料，有望應(yīng)用于航空航天、機(jī)械設(shè)備、陶瓷、塑料、建材等行業(yè)。根據(jù)目前所掌握的文獻(xiàn)資料，具有鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的鈦酸鈣是一種重要的鐵電陶瓷基體材料。由于較低的負(fù)溫度系數(shù)效應(yīng)和較強(qiáng)的耐腐蝕性，可以利用鈦酸鈣晶須摻雜的復(fù)合材料作為熱敏傳感器，應(yīng)用到抗腐蝕傳感設(shè)備中，延長設(shè)備的使用壽命。\n[0003] 目前，國內(nèi)外現(xiàn)有的相關(guān)研究，主要集中于鈦酸鈣粉體及顆粒材料的制備和應(yīng)用方面，尚未見有關(guān)鈦酸鈣晶須制備相關(guān)的文獻(xiàn)報(bào)道。\n發(fā)明內(nèi)容\n[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種低成本、高收率的鈦酸鈣晶須的制備方法。\n[0005] 為解決上述問題，本發(fā)明所述的一種鈦酸鈣晶須的制備方法，包括以下步驟：\n[0006] 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(yīng)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1~1.2：2~2.5；所述礦化劑的質(zhì)量占所述含鈣原料和所述含鈦原料的總質(zhì)量的5%~15%；\n[0007] ⑵將所述反應(yīng)原料盛入剛玉坩堝中，置于馬弗爐，設(shè)定多段升溫、恒溫程序，以\n5~10℃/min的升溫速率升溫至800~830℃，恒溫煅燒1~2.5h，再經(jīng)過30min或60min，降溫至760~785℃，恒溫1.5~4h，自然冷卻，得到燒結(jié)產(chǎn)物；\n[0008] ⑶按1：10的料液質(zhì)量體積比在所述燒結(jié)產(chǎn)物中加入去離子水，于80℃恒溫水浴浸泡2~3h，再經(jīng)去離子水反復(fù)洗滌后抽濾，得到灰白色的固體粉餅；\n[0009] ⑷將所述固體粉餅在100℃鼓風(fēng)烘干至恒重，即得到灰白色鈦酸鈣晶須產(chǎn)品。\n[0010] 所述步驟⑴中的含鈣原料為無水氯化鈣。\n[0011] 所述步驟⑴中的含鈦原料為二氧化鈦。\n[0012] 所述步驟⑴中的礦化劑為乙酸鉛或乙酸鈣。\n[0013] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：\n[0014] 1、本發(fā)明采用高溫?zé)Y(jié)法制備鈦酸鈣晶須，產(chǎn)品微觀形貌較好、長徑比和純度較高。通過對產(chǎn)物進(jìn)行掃描電子顯微鏡（SEM，日本JEOL公司生產(chǎn)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(fā)現(xiàn)本發(fā)明所得產(chǎn)物為長度20~100μm，均為短徑、須狀產(chǎn)品，純度較高（參見圖1）；經(jīng)XRD（日本理學(xué) D/MAX 2500型° °\nX-ray衍射儀，Cu靶，2θ=20 ~80 ，電流200mA，電壓40kV）分析，所制備的晶須材料化學(xué)分子式為CaTiO3，基本不含其它雜質(zhì)衍射峰（存在原料二氧化鈦TiO2的衍射峰）（參見圖2），產(chǎn)率可達(dá)到70~75%。\n[0015] 2、本發(fā)明原料易得，煅燒溫度適中，降低了生產(chǎn)成本，環(huán)境污染較小，燒結(jié)產(chǎn)品易于與坩堝分離，產(chǎn)品損失較少，礦化劑易于洗去。\n[0016] 3、本發(fā)明工藝簡單，適于工業(yè)化推廣應(yīng)用。\n附圖說明\n[0017] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。\n[0018] 圖1為本發(fā)明鈦酸鈣晶須的掃描電子顯微鏡（SEM）照片。\n[0019] 圖2為本發(fā)明鈦酸鈣晶須的X射線衍射（XRD）譜圖。\n具體實(shí)施方式\n[0020] 實(shí)施例1 一種鈦酸鈣晶須的制備方法，包括以下步驟：\n[0021] ⑴將2.22g含鈣原料——無水氯化鈣（CaCl2）、0.80g含鈦原料——二氧化鈦（TiO2）、0.15g礦化劑——乙酸鉛（Pb(CH3COO)2·3H2O）分別研磨至粒度為60目，混合均勻得到反應(yīng)原料。\n[0022] 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1：2；礦化劑的質(zhì)量占含鈣原料和含鈦原料的總質(zhì)量的5%（含結(jié)晶水的化合物折算為純物質(zhì)計(jì)算）。\n[0023] ⑵將反應(yīng)原料盛入25mL剛玉坩堝中，置于馬弗爐，以5℃/min的升溫速率升溫至\n830℃，恒溫煅燒1h，再經(jīng)過30min，降溫至760℃，恒溫3h，自然冷卻，得到燒結(jié)產(chǎn)物。\n[0024] ⑶按1：10的料液質(zhì)量體積比(g/mL)在燒結(jié)產(chǎn)物中加入去離子水，于80℃恒溫水浴浸泡2h，經(jīng)去離子水反復(fù)洗滌后抽濾，得到灰白色的固體粉餅。\n[0025] ⑷將固體粉餅在100℃鼓風(fēng)烘干至恒重，即得到2.11g灰白色鈦酸鈣晶須產(chǎn)品。\n[0026] 經(jīng)計(jì)算，該鈦酸鈣晶須產(chǎn)品的產(chǎn)率為70.00%。\n[0027] 實(shí)施例2 一種鈦酸鈣晶須的制備方法，包括以下步驟：\n[0028] ⑴將2.22g含鈣原料——無水氯化鈣（CaCl2）、0.88g含鈦原料——二氧化鈦（TiO2）、0.25g礦化劑——乙酸鉛（Pb(CH3COO)2·3H2O）分別研磨至粒度為60目，混合均勻得到反應(yīng)原料。\n[0029] 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1.1：2.0；礦化劑的質(zhì)量占含鈣原料和含鈦原料的總質(zhì)量的8%（含結(jié)晶水的化合物折算為純物質(zhì)計(jì)算）。\n[0030] ⑵將反應(yīng)原料盛入25mL剛玉坩堝中，置于馬弗爐，以6℃/min的升溫速率升溫至\n800℃，恒溫煅燒2.5h，再經(jīng)過60min降溫至780℃，恒溫1.5h，自然冷卻，得到燒結(jié)產(chǎn)物。\n[0031] ⑶按1：10的料液質(zhì)量體積比(g/mL)在燒結(jié)產(chǎn)物中加入去離子水，于80℃恒溫水浴浸泡3h，經(jīng)去離子水反復(fù)洗滌后抽濾，得到灰白色的固體粉餅。\n[0032] ⑷將固體粉餅在100℃鼓風(fēng)烘干至恒重，即得到2.24g灰白色鈦酸鈣晶須產(chǎn)品。\n[0033] 經(jīng)計(jì)算，該鈦酸鈣晶須產(chǎn)品的產(chǎn)率為72.30%。\n[0034] 實(shí)施例3 一種鈦酸鈣晶須的制備方法，包括以下步驟：\n[0035] ⑴將2.22g含鈣原料——無水氯化鈣（CaCl2）、0.96g含鈦原料——二氧化鈦（TiO2）、0.32g礦化劑——乙酸鉛（Pb(CH3COO)2·3H2O）分別研磨至粒度為60目，混合均勻得到反應(yīng)原料。\n[0036] 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1.2：2.0；礦化劑的質(zhì)量占含鈣原料和含鈦原料的總質(zhì)量的10%（含結(jié)晶水的化合物折算為純物質(zhì)計(jì)算）。\n[0037] ⑵將反應(yīng)原料盛入25mL剛玉坩堝中，置于馬弗爐，以8℃/min的升溫速率升溫至\n815℃，恒溫煅燒1h，再經(jīng)過60min降溫至765℃，恒溫4h，自然冷卻，得到燒結(jié)產(chǎn)物。\n[0038] ⑶按1：10的料液質(zhì)量體積比(g/mL)在燒結(jié)產(chǎn)物中加入去離子水，于80℃恒溫水浴浸泡2.5h，經(jīng)去離子水反復(fù)洗滌后抽濾，得到灰白色的固體粉餅。\n[0039] ⑷將固體粉餅在100℃鼓風(fēng)烘干至恒重，即得到2.27g灰白色鈦酸鈣晶須產(chǎn)品。\n[0040] 經(jīng)計(jì)算，該鈦酸鈣晶須產(chǎn)品的產(chǎn)率為71.50%。\n[0041] 實(shí)施例4 一種鈦酸鈣晶須的制備方法，包括以下步驟：\n[0042] ⑴將2. 50g含鈣原料——無水氯化鈣（CaCl2）、0.92g含鈦原料——二氧化鈦（TiO2）、0.41g礦化劑——乙酸鉛（Pb(COOH)2·3H2O）分別研磨至粒度為60目，混合均勻得到反應(yīng)原料。\n[0043] 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1.15：2.25；礦化劑的質(zhì)量占含鈣原料和含鈦原料的總質(zhì)量的12%（含結(jié)晶水的化合物折算為純物質(zhì)計(jì)算）。\n[0044] ⑵將反應(yīng)原料盛入25mL剛玉坩堝中，置于馬弗爐，以10℃/min的升溫速率升溫至\n810℃，恒溫煅燒2.5h，再經(jīng)過60min降溫至760℃，恒溫1.5h，自然冷卻，得到燒結(jié)產(chǎn)物。\n[0045] ⑶按1：10的料液質(zhì)量體積比(g/mL)在燒結(jié)產(chǎn)物中加入去離子水，于80℃恒溫水浴浸泡3h，經(jīng)去離子水反復(fù)洗滌后抽濾，得到灰白色的固體粉餅。\n[0046] ⑷將固體粉餅在100℃鼓風(fēng)烘干至恒重，即得到2.44g灰白色鈦酸鈣晶須產(chǎn)品。\n[0047] 經(jīng)計(jì)算，該鈦酸鈣晶須產(chǎn)品的產(chǎn)率為71.40%。\n[0048] 實(shí)施例5 一種鈦酸鈣晶須的制備方法，包括以下步驟：\n[0049] ⑴將2.61g含鈣原料——無水氯化鈣（CaCl2）、0.96g含鈦原料——二氧化鈦（TiO2）、0.21g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(yīng)原料。\n[0050] 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1.2：2.35；礦化劑的質(zhì)量占含鈣原料和含鈦原料的總質(zhì)量的6%（含結(jié)晶水的化合物折算為純物質(zhì)計(jì)算）。\n[0051] ⑵將反應(yīng)原料盛入25mL剛玉坩堝中，置于馬弗爐，以5℃/min的升溫速率升溫至\n800℃，恒溫煅燒2h，經(jīng)過30min降溫至785℃，恒溫2h，自然冷卻，得到燒結(jié)產(chǎn)物。\n[0052] ⑶按1：10的料液質(zhì)量體積比(g/mL)在燒結(jié)產(chǎn)物中加入去離子水，于80℃恒溫水浴浸泡3h，經(jīng)去離子水反復(fù)洗滌后抽濾，得到灰白色的固體粉餅。\n[0053] ⑷將固體粉餅在100℃鼓風(fēng)烘干至恒重，即得到2.59g灰白色鈦酸鈣晶須產(chǎn)品。\n[0054] 經(jīng)計(jì)算，該鈦酸鈣晶須產(chǎn)品的產(chǎn)率為72.60%。\n[0055] 實(shí)施例6 一種鈦酸鈣晶須的制備方法，包括以下步驟：\n[0056] ⑴將2.72g含鈣原料——無水氯化鈣（CaCl2）、0.88g含鈦原料——二氧化鈦（TiO2）、0.54g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(yīng)原料。\n[0057] 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1.10：2.45；礦化劑的質(zhì)量占含鈣原料和含鈦原料的總質(zhì)量的15%（含結(jié)晶水的化合物折算為純物質(zhì)計(jì)算）。\n[0058] ⑵將反應(yīng)原料盛入25mL剛玉坩堝中，置于馬弗爐，以6℃/min的升溫速率升溫至\n815℃，恒溫煅燒2h，再經(jīng)過30min降溫至775℃，恒溫4h，自然冷卻，得到燒結(jié)產(chǎn)物。\n[0059] ⑶按1：10的料液質(zhì)量體積比(g/mL)在燒結(jié)產(chǎn)物中加入去離子水，于80℃恒溫水浴浸泡2.5h，經(jīng)去離子水反復(fù)洗滌后抽濾，得到灰白色的固體粉餅。\n[0060] ⑷將固體粉餅在100℃鼓風(fēng)烘干至恒重，即得到2.64g灰白色鈦酸鈣晶須產(chǎn)品。\n[0061] 經(jīng)計(jì)算，該鈦酸鈣晶須產(chǎn)品的產(chǎn)率為73.30%。\n[0062] 實(shí)施例7 一種鈦酸鈣晶須的制備方法，包括以下步驟：\n[0063] ⑴將2.77g含鈣原料——無水氯化鈣（CaCl2）、0.80g含鈦原料——二氧化鈦（TiO2）、0.36g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(yīng)原料。\n[0064] 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1.0：2.5；礦化劑的質(zhì)量占含鈣原料和含鈦原料的總質(zhì)量的10%（含結(jié)晶水的化合物折算為純物質(zhì)計(jì)算）。\n[0065] ⑵將反應(yīng)原料盛入剛玉坩堝中，置于馬弗爐，以8℃/min的升溫速率升溫至\n810℃，恒溫煅燒1.5h，再經(jīng)過30min降溫至785℃，恒溫3.5h，自然冷卻，得到燒結(jié)產(chǎn)物。\n[0066] ⑶按1：10的料液質(zhì)量體積比(g/mL)在燒結(jié)產(chǎn)物中加入去離子水于80℃恒溫水浴浸泡3h，經(jīng)去離子水反復(fù)洗滌后抽濾，得到灰白色的固體粉餅。\n[0067] ⑷將固體粉餅在100℃鼓風(fēng)烘干至恒重，即得到2.54g灰白色鈦酸鈣晶須產(chǎn)品。\n[0068] 經(jīng)計(jì)算，該鈦酸鈣晶須產(chǎn)品的產(chǎn)率為71.20%。\n[0069] 實(shí)施例8 一種鈦酸鈣晶須的制備方法，包括以下步驟：\n[0070] ⑴將2.77g含鈣原料——無水氯化鈣（CaCl2）、0.96g含鈦原料——二氧化鈦（TiO2）、0.48g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(yīng)原料。\n[0071] 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1.20：2.50；礦化劑的質(zhì)量占含鈣原料和含鈦原料的總質(zhì)量的13%（含結(jié)晶水的化合物折算為純物質(zhì)計(jì)算）。\n[0072] ⑵將反應(yīng)原料盛入剛玉坩堝中，置于馬弗爐，以10℃/min的升溫速率升溫至\n830℃，恒溫煅燒2.5h，再經(jīng)過30min降溫至760℃，恒溫3h，自然冷卻，得到燒結(jié)產(chǎn)物。\n[0073] ⑶按1：10的料液質(zhì)量體積比(g/mL)在燒結(jié)產(chǎn)物中加入去離子水，于80℃恒溫水浴浸泡3h，經(jīng)去離子水反復(fù)洗滌后抽濾，得到灰白色的固體粉餅。\n[0074] ⑷將固體粉餅在100℃鼓風(fēng)烘干至恒重，即得到2.80g灰白色鈦酸鈣晶須產(chǎn)品。\n[0075] 經(jīng)計(jì)算，該鈦酸鈣晶須產(chǎn)品的產(chǎn)率為75.00%。\n[0076] 上述實(shí)施例1~8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。