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钛酸钾晶须最初是由美国杜邦公司在1958年研究开发的,是一类具有化学式为K2TinO2n+1(其中n=1,2,4,6,8)的晶须,是新一代高性能复合材料增强剂。具有优良的耐磨损、耐高温、机械及物理性能,广泛应用于航空航天、陶瓷、催化、汽车、工程塑料、摩擦材料、隔热、绝缘材料、建筑材料及日化用品等领域。钛酸钾晶须的生产方法主要有:烧结法、熔融法、助溶剂法、水热法、微波辐照法、溶胶-凝胶法等。所用原料是金红石和锐钛型TiO2,纳米锐钛型TiO2,钛酸正乙酯和水合TiO2作为钛的前躯体;原料成本高、能耗高。研究开发低成本、高质量、适合工业化生产的钛酸钾晶须制备新技术愈来愈引起研究人员关注和重视。本论文研究成果如下。
本论文以偏钛酸代替传统的二氧化钛作为钛源,碳酸钾为钾源,采用一步烧结法选择性成功合成了四钛酸钾、六钛酸钾及八钛酸钾晶须。研究了实验条件如反应温度、反应时间、水浸处理等对钛酸钾晶须形貌结构的影响。确定了四钛酸钾、六钛酸钾及八钛酸钾晶须的生长机理。研究表明:碳酸钾和偏钛酸的摩尔比为1∶2.5,煅烧温度为1000℃时,合成了四钛酸钾晶须。煅烧温度为1150℃,碳酸钾和偏钛酸的摩尔比在1∶3.5-1∶4.5之间,有利于六钛酸钾晶须生成。四钛酸钾晶须经过水煮和400℃干燥处理转变为八钛酸钾晶须。
以偏钛酸为钛源,氢氧化钾为钾源,采用水热法合成了钛酸钾晶须,并探讨了酸处理过程对晶须的影响,通过XRD、ICP、水含量等方法探讨了此钛酸钾晶须的组成,我们得出水热法制备的钛酸钾晶须的水处理产物的成分为:部分氢被钾取代的水合四钛酸结构,经过酸处理后,钾的含量降低,为部分氢被钾取代的水合四钛酸结构,我们将部分氢被钾取代水合四钛酸盐简称为钛酸钾。此钛酸钾晶须的直径在3.78-7.56nm之间,具有较大的比表面积。
本研究工作为偏钛酸为原料合成钛酸钾晶须提供了良好的理论与技术支撑。