一种钛酸钙晶须的制备方法

1.一种钛酸钙晶须的制备方法，包括以下步骤：
⑴将含钙原料、含钛原料、矿化剂分别研磨至粒度为60目，混合均匀得到反应原料；所述含钛原料中的钛元素与所述含钙原料中的钙元素的摩尔比为1~1.2：2~2.5；所述矿化剂的质量占所述含钙原料和所述含钛原料的总质量的5%~15%；所述含钙原料为无水氯化钙；
所述含钛原料为二氧化钛；所述矿化剂为乙酸铅或乙酸钙；
⑵将所述反应原料盛入刚玉坩埚中，置于马弗炉，设定多段升温、恒温程序，以
5~10℃/min的升温速率升温至800~830℃，恒温煅烧1~2.5h，再经过30min或60min，降温至760~785℃，恒温1.5~4h，自然冷却，得到烧结产物；
⑶按1：10的料液质量体积比在所述烧结产物中加入去离子水，于80℃恒温水浴浸泡
2~3h，再经去离子水反复洗涤后抽滤，得到灰白色的固体粉饼；
⑷将所述固体粉饼在100℃鼓风烘干至恒重，即得到灰白色钛酸钙晶须产品。

一种钛酸钙晶须的制备方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及新型无机功能材料制备技术领域，尤其涉及一种钛酸钙晶须的制备方法。\n背景技术\n[0002] 晶须是一种以单晶形式生长的纤维状晶体材料，通常不含常规粉体材料中存在的缺陷（晶界、位错、空穴、孪晶等），材料直径在微米级，其原子排列高度有序，机械强度近似等于邻近原子间力，因而强度接近于完整晶体的理论值。晶须的高度取向结构不仅使其具有高强度、高模量和高伸长率，而且还可能在电、光、磁、介电、导热、超导等方面表现出较优的性能，可以用作陶瓷基、金属基、聚合物基复合材料的增强体，起到补强增韧的作用。制造高强度的功能型复合材料，有望应用于航空航天、机械设备、陶瓷、塑料、建材等行业。根据目前所掌握的文献资料，具有钙钛矿型结构的钛酸钙是一种重要的铁电陶瓷基体材料。由于较低的负温度系数效应和较强的耐腐蚀性，可以利用钛酸钙晶须掺杂的复合材料作为热敏传感器，应用到抗腐蚀传感设备中，延长设备的使用寿命。\n[0003] 目前，国内外现有的相关研究，主要集中于钛酸钙粉体及颗粒材料的制备和应用方面，尚未见有关钛酸钙晶须制备相关的文献报道。\n发明内容\n[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种低成本、高收率的钛酸钙晶须的制备方法。\n[0005] 为解决上述问题，本发明所述的一种钛酸钙晶须的制备方法，包括以下步骤：\n[0006] ⑴将含钙原料、含钛原料、矿化剂分别研磨至粒度为60目，混合均匀得到反应原料；所述含钛原料中的钛元素与所述含钙原料中的钙元素的摩尔比为1~1.2：2~2.5；所述矿化剂的质量占所述含钙原料和所述含钛原料的总质量的5%~15%；\n[0007] ⑵将所述反应原料盛入刚玉坩埚中，置于马弗炉，设定多段升温、恒温程序，以\n5~10℃/min的升温速率升温至800~830℃，恒温煅烧1~2.5h，再经过30min或60min，降温至760~785℃，恒温1.5~4h，自然冷却，得到烧结产物；\n[0008] ⑶按1：10的料液质量体积比在所述烧结产物中加入去离子水，于80℃恒温水浴浸泡2~3h，再经去离子水反复洗涤后抽滤，得到灰白色的固体粉饼；\n[0009] ⑷将所述固体粉饼在100℃鼓风烘干至恒重，即得到灰白色钛酸钙晶须产品。\n[0010] 所述步骤⑴中的含钙原料为无水氯化钙。\n[0011] 所述步骤⑴中的含钛原料为二氧化钛。\n[0012] 所述步骤⑴中的矿化剂为乙酸铅或乙酸钙。\n[0013] 本发明与现有技术相比具有以下优点：\n[0014] 1、本发明采用高温烧结法制备钛酸钙晶须，产品微观形貌较好、长径比和纯度较高。通过对产物进行扫描电子显微镜（SEM，日本JEOL公司生产的JSM-5610LV型扫描电子显微镜，加速电压20 kV，工作距离20mm，束斑22，SEI）分析，可以发现本发明所得产物为长度20~100μm，均为短径、须状产品，纯度较高（参见图1）；经XRD（日本理学 D/MAX 2500型° °\nX-ray衍射仪，Cu靶，2θ=20 ~80 ，电流200mA，电压40kV）分析，所制备的晶须材料化学分子式为CaTiO3，基本不含其它杂质衍射峰（存在原料二氧化钛TiO2的衍射峰）（参见图2），产率可达到70~75%。\n[0015] 2、本发明原料易得，煅烧温度适中，降低了生产成本，环境污染较小，烧结产品易于与坩埚分离，产品损失较少，矿化剂易于洗去。\n[0016] 3、本发明工艺简单，适于工业化推广应用。\n附图说明\n[0017] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。\n[0018] 图1为本发明钛酸钙晶须的扫描电子显微镜（SEM）照片。\n[0019] 图2为本发明钛酸钙晶须的X射线衍射（XRD）谱图。\n具体实施方式\n[0020] 实施例1 一种钛酸钙晶须的制备方法，包括以下步骤：\n[0021] ⑴将2.22g含钙原料——无水氯化钙（CaCl2）、0.80g含钛原料——二氧化钛（TiO2）、0.15g矿化剂——乙酸铅（Pb(CH3COO)2·3H2O）分别研磨至粒度为60目，混合均匀得到反应原料。\n[0022] 其中：含钛原料中的钛元素与含钙原料中的钙元素的摩尔比为1：2；矿化剂的质量占含钙原料和含钛原料的总质量的5%（含结晶水的化合物折算为纯物质计算）。\n[0023] ⑵将反应原料盛入25mL刚玉坩埚中，置于马弗炉，以5℃/min的升温速率升温至\n830℃，恒温煅烧1h，再经过30min，降温至760℃，恒温3h，自然冷却，得到烧结产物。\n[0024] ⑶按1：10的料液质量体积比(g/mL)在烧结产物中加入去离子水，于80℃恒温水浴浸泡2h，经去离子水反复洗涤后抽滤，得到灰白色的固体粉饼。\n[0025] ⑷将固体粉饼在100℃鼓风烘干至恒重，即得到2.11g灰白色钛酸钙晶须产品。\n[0026] 经计算，该钛酸钙晶须产品的产率为70.00%。\n[0027] 实施例2 一种钛酸钙晶须的制备方法，包括以下步骤：\n[0028] ⑴将2.22g含钙原料——无水氯化钙（CaCl2）、0.88g含钛原料——二氧化钛（TiO2）、0.25g矿化剂——乙酸铅（Pb(CH3COO)2·3H2O）分别研磨至粒度为60目，混合均匀得到反应原料。\n[0029] 其中：含钛原料中的钛元素与含钙原料中的钙元素的摩尔比为1.1：2.0；矿化剂的质量占含钙原料和含钛原料的总质量的8%（含结晶水的化合物折算为纯物质计算）。\n[0030] ⑵将反应原料盛入25mL刚玉坩埚中，置于马弗炉，以6℃/min的升温速率升温至\n800℃，恒温煅烧2.5h，再经过60min降温至780℃，恒温1.5h，自然冷却，得到烧结产物。\n[0031] ⑶按1：10的料液质量体积比(g/mL)在烧结产物中加入去离子水，于80℃恒温水浴浸泡3h，经去离子水反复洗涤后抽滤，得到灰白色的固体粉饼。\n[0032] ⑷将固体粉饼在100℃鼓风烘干至恒重，即得到2.24g灰白色钛酸钙晶须产品。\n[0033] 经计算，该钛酸钙晶须产品的产率为72.30%。\n[0034] 实施例3 一种钛酸钙晶须的制备方法，包括以下步骤：\n[0035] ⑴将2.22g含钙原料——无水氯化钙（CaCl2）、0.96g含钛原料——二氧化钛（TiO2）、0.32g矿化剂——乙酸铅（Pb(CH3COO)2·3H2O）分别研磨至粒度为60目，混合均匀得到反应原料。\n[0036] 其中：含钛原料中的钛元素与含钙原料中的钙元素的摩尔比为1.2：2.0；矿化剂的质量占含钙原料和含钛原料的总质量的10%（含结晶水的化合物折算为纯物质计算）。\n[0037] ⑵将反应原料盛入25mL刚玉坩埚中，置于马弗炉，以8℃/min的升温速率升温至\n815℃，恒温煅烧1h，再经过60min降温至765℃，恒温4h，自然冷却，得到烧结产物。\n[0038] ⑶按1：10的料液质量体积比(g/mL)在烧结产物中加入去离子水，于80℃恒温水浴浸泡2.5h，经去离子水反复洗涤后抽滤，得到灰白色的固体粉饼。\n[0039] ⑷将固体粉饼在100℃鼓风烘干至恒重，即得到2.27g灰白色钛酸钙晶须产品。\n[0040] 经计算，该钛酸钙晶须产品的产率为71.50%。\n[0041] 实施例4 一种钛酸钙晶须的制备方法，包括以下步骤：\n[0042] ⑴将2. 50g含钙原料——无水氯化钙（CaCl2）、0.92g含钛原料——二氧化钛（TiO2）、0.41g矿化剂——乙酸铅（Pb(COOH)2·3H2O）分别研磨至粒度为60目，混合均匀得到反应原料。\n[0043] 其中：含钛原料中的钛元素与含钙原料中的钙元素的摩尔比为1.15：2.25；矿化剂的质量占含钙原料和含钛原料的总质量的12%（含结晶水的化合物折算为纯物质计算）。\n[0044] ⑵将反应原料盛入25mL刚玉坩埚中，置于马弗炉，以10℃/min的升温速率升温至\n810℃，恒温煅烧2.5h，再经过60min降温至760℃，恒温1.5h，自然冷却，得到烧结产物。\n[0045] ⑶按1：10的料液质量体积比(g/mL)在烧结产物中加入去离子水，于80℃恒温水浴浸泡3h，经去离子水反复洗涤后抽滤，得到灰白色的固体粉饼。\n[0046] ⑷将固体粉饼在100℃鼓风烘干至恒重，即得到2.44g灰白色钛酸钙晶须产品。\n[0047] 经计算，该钛酸钙晶须产品的产率为71.40%。\n[0048] 实施例5 一种钛酸钙晶须的制备方法，包括以下步骤：\n[0049] ⑴将2.61g含钙原料——无水氯化钙（CaCl2）、0.96g含钛原料——二氧化钛（TiO2）、0.21g矿化剂——乙酸钙（Ca(CH3COO)2·H2O）分别研磨至粒度为60目，混合均匀得到反应原料。\n[0050] 其中：含钛原料中的钛元素与含钙原料中的钙元素的摩尔比为1.2：2.35；矿化剂的质量占含钙原料和含钛原料的总质量的6%（含结晶水的化合物折算为纯物质计算）。\n[0051] ⑵将反应原料盛入25mL刚玉坩埚中，置于马弗炉，以5℃/min的升温速率升温至\n800℃，恒温煅烧2h，经过30min降温至785℃，恒温2h，自然冷却，得到烧结产物。\n[0052] ⑶按1：10的料液质量体积比(g/mL)在烧结产物中加入去离子水，于80℃恒温水浴浸泡3h，经去离子水反复洗涤后抽滤，得到灰白色的固体粉饼。\n[0053] ⑷将固体粉饼在100℃鼓风烘干至恒重，即得到2.59g灰白色钛酸钙晶须产品。\n[0054] 经计算，该钛酸钙晶须产品的产率为72.60%。\n[0055] 实施例6 一种钛酸钙晶须的制备方法，包括以下步骤：\n[0056] ⑴将2.72g含钙原料——无水氯化钙（CaCl2）、0.88g含钛原料——二氧化钛（TiO2）、0.54g矿化剂——乙酸钙（Ca(CH3COO)2·H2O）分别研磨至粒度为60目，混合均匀得到反应原料。\n[0057] 其中：含钛原料中的钛元素与含钙原料中的钙元素的摩尔比为1.10：2.45；矿化剂的质量占含钙原料和含钛原料的总质量的15%（含结晶水的化合物折算为纯物质计算）。\n[0058] ⑵将反应原料盛入25mL刚玉坩埚中，置于马弗炉，以6℃/min的升温速率升温至\n815℃，恒温煅烧2h，再经过30min降温至775℃，恒温4h，自然冷却，得到烧结产物。\n[0059] ⑶按1：10的料液质量体积比(g/mL)在烧结产物中加入去离子水，于80℃恒温水浴浸泡2.5h，经去离子水反复洗涤后抽滤，得到灰白色的固体粉饼。\n[0060] ⑷将固体粉饼在100℃鼓风烘干至恒重，即得到2.64g灰白色钛酸钙晶须产品。\n[0061] 经计算，该钛酸钙晶须产品的产率为73.30%。\n[0062] 实施例7 一种钛酸钙晶须的制备方法，包括以下步骤：\n[0063] ⑴将2.77g含钙原料——无水氯化钙（CaCl2）、0.80g含钛原料——二氧化钛（TiO2）、0.36g矿化剂——乙酸钙（Ca(CH3COO)2·H2O）分别研磨至粒度为60目，混合均匀得到反应原料。\n[0064] 其中：含钛原料中的钛元素与含钙原料中的钙元素的摩尔比为1.0：2.5；矿化剂的质量占含钙原料和含钛原料的总质量的10%（含结晶水的化合物折算为纯物质计算）。\n[0065] ⑵将反应原料盛入刚玉坩埚中，置于马弗炉，以8℃/min的升温速率升温至\n810℃，恒温煅烧1.5h，再经过30min降温至785℃，恒温3.5h，自然冷却，得到烧结产物。\n[0066] ⑶按1：10的料液质量体积比(g/mL)在烧结产物中加入去离子水于80℃恒温水浴浸泡3h，经去离子水反复洗涤后抽滤，得到灰白色的固体粉饼。\n[0067] ⑷将固体粉饼在100℃鼓风烘干至恒重，即得到2.54g灰白色钛酸钙晶须产品。\n[0068] 经计算，该钛酸钙晶须产品的产率为71.20%。\n[0069] 实施例8 一种钛酸钙晶须的制备方法，包括以下步骤：\n[0070] ⑴将2.77g含钙原料——无水氯化钙（CaCl2）、0.96g含钛原料——二氧化钛（TiO2）、0.48g矿化剂——乙酸钙（Ca(CH3COO)2·H2O）分别研磨至粒度为60目，混合均匀得到反应原料。\n[0071] 其中：含钛原料中的钛元素与含钙原料中的钙元素的摩尔比为1.20：2.50；矿化剂的质量占含钙原料和含钛原料的总质量的13%（含结晶水的化合物折算为纯物质计算）。\n[0072] ⑵将反应原料盛入刚玉坩埚中，置于马弗炉，以10℃/min的升温速率升温至\n830℃，恒温煅烧2.5h，再经过30min降温至760℃，恒温3h，自然冷却，得到烧结产物。\n[0073] ⑶按1：10的料液质量体积比(g/mL)在烧结产物中加入去离子水，于80℃恒温水浴浸泡3h，经去离子水反复洗涤后抽滤，得到灰白色的固体粉饼。\n[0074] ⑷将固体粉饼在100℃鼓风烘干至恒重，即得到2.80g灰白色钛酸钙晶须产品。\n[0075] 经计算，该钛酸钙晶须产品的产率为75.00%。\n[0076] 上述实施例1~8中的二氧化钛、无水氯化钙、乙酸铅、乙酸钙均为分析纯试剂；所用高温炉为美诚陶瓷纤维马弗炉，型号为TM-0914P。