[发明专利]一种钛酸钙晶须的制备方法

说明书

技术领域

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。

背景技术

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。

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。

发明内容

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。

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：

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%；

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。

所述步骤⑴中的含钙原料为无水氯化钙。

所述步骤⑴中的含钛原料为二氧化钛。

所述步骤⑴中的矿化剂为乙酸铅或乙酸钙。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

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X-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%。

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。

3、本发明工艺简单，适于工业化推广应用。

附图说明

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。

图1为本发明钛酸钙晶须的扫描电子显微镜（SEM）照片。

图2为本发明钛酸钙晶须的X射线衍射（XRD）谱图。

具体实施方式

实施例1    一种钛酸钙晶须的制备方法，包括以下步骤：

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。

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）。