[发明专利]亚氧化钛的熔体颗粒和包含这种颗粒的陶瓷产品

说明书

本发明涉及用于陶瓷应用的颗粒，其主要由亚氧化钛构成。该术语“亚氧化钛“通常用于表示具有整体组成TiO_x的钛氧化物，其中x为1-2，排除端值，特别地具有称为“Magnéli相”的相。本发明特别地涉及用于制备这种颗粒的方法，以及由所述颗粒构成的或者包含它们的陶瓷材料和/或产品，特别地但不仅仅地涉及电极或者其它电化学装置，特别地用于制备电池的电极或者其它电化学装置。

在本说明书的余下部分中更具体地描述了根据本发明的颗粒在电极的特定领域中的应用和它们的优点。然而，清楚地理解的是，这种颗粒，由于它们提供的优点，可以有利地用于许多其它在陶瓷领域中的应用中，特别地在其中优良的导电性和/或优良的耐腐蚀性是期望的任何领域中的应用中。特别地可以提到以下领域，但是不限制于此：催化剂，颜料，光催化，电元件或者电子元件。

专利EP 047 595 B1(或者它的对应专利US4422917)提出了由TiO_x类型亚氧化物构成的材料，其中x为1.55-1.95，用于制备电极。材料由TiO₂粉末(作为与Ti、TiN、TiSi、C、TiO或Ti₂O₃类型还原性化合物的混合物)在1150-1450℃的温度(取决于还原性化合物的物类)进行合成。

专利EP 572 559 B1描述了，用于这种相同的应用，使用完全地由Magnéli相(对应于组成Ti_nO_2n-1，其中n大于4)构成的亚氧化钛。该专利描述了用于获得这种材料的方法，包括与在EP 047 595 B1中描述的步骤基本上相同的第一步，然后是在氢气存在时在1100至1300℃的温度的退火附加步骤，以去除所有钛低级氧化物。

国际专利申请WO2009/024776描述了相似的材料，其基本由Ti₄O₇、Ti₅O₉和Ti₆O₁₁ Magnéli结晶相的混合物构成。指出的是，这种构成允许在该亚氧化钛颗粒的导电性和它们的耐腐蚀性之间较好的折衷，Ti₄O₇相被描述为最有利于获得最强导电性。用于获得这种颗粒的方法被描述为是与在专利US 4 422 917中描述的方法相同并且由通过氢气和在1180℃的温度下使TiO₂粉末还原8小时组成。

专利申请EP 478 152 A1然而强调在前面的公开物中描述的与该用于制备亚氧化钛TiO_x颗粒的方法有关的缺点。为了解决这些缺点并且特别地为了实现接近于1.80的x值，该文件指出TiO₂的还原必须在由多孔石墨层组成的载体上实施。可以通过这种方法获得的亚氧化钛粉末的量然而显示是必然受到存在于载体上方的层的小厚度的限制。而且，这种方法要求初始TiO₂粉末是非常细的(或者其具有大的比表面积)，这限制了它的经济价值。

前面的分析显示当前仍然存在对简单的、经济的并且可靠的用于制备这种对应于整体组成TiO_x的亚氧化钛颗粒的方法的需要，特别地其中x为1.50至1.95，十分特别地其中x为1.75至1.85，非常优选地1.76至1.83。

同样地，存在对提供一种或多种具有在导电性和耐腐蚀性之间更好折衷的亚氧化钛颗粒和粉末的长久需求。

本发明的主题目的在于有效地解决这种问题。

根据第一方面，本发明因此涉及用于制备基本由一种或多种亚氧化钛构成的颗粒的方法，所述方法包含以下步骤:

a) 在还原性条件下，在高于1500℃的温度，优选在高于1600℃，甚至高于1700℃的温度下，熔化包含二氧化钛颗粒的初始混合物(或者初始进料)，

b) 冷却该熔融混合物直至它凝固，

c) 研磨该凝固物质以获得该一种或多种亚氧化钛的熔体颗粒。

根据方法的优选实施方案:

初始混合物包含二氧化钛和焦炭(其用作为还原剂)。

初始混合物包含1%至25%重量的焦炭，相对于混合物的总重量，优选10%至18%重量的焦炭。

焦炭用于初始混合物中和在空气下实施该熔化。

二氧化钛占在初始混合物中存在的总无机物质的90%以上，优选地为在初始混合物中存在的所有无机物质。