钛酸钾晶须的制备及应用.pptx

钛酸钾晶须的制备及应用
15矿业工程汪金飞
目录
一、引言
二、组成
三、特性
五、生长机理
四、制备工艺
六、应用
引言
晶须是一种人工合成单晶材料,-10微米,长径比为10-100。由于它们的直径小到难以容纳大晶体中的缺陷,因此晶须的物理性能接近于理想晶体的理论值,其强度接近于材料的原子间价键的理论强度,是人们目前所知的纤维状填料中,强度最高,性能最优的复合材料增强体。由于昂贵的成本,投入工业化生产的只有SiC、Si3N4、TiN4、Al3O4、钛酸钾、莫来石等几种。
钛酸钾晶须由美国杜邦公司1958年开发出来,最初是由美国航天航空局(NASA)作为土星火箭喷嘴的隔热材料进行使用。
钛酸钾晶须具有比玻璃纤维和石墨纤维更为优异的特性,自向公众推广以来的十年间,它的应用范围被不断地拓宽。近年来钛酸钾晶须在制造成本上取得了巨大进步,加之性能十分优异,因此愈来愈受到关注。
组成
钛酸钾晶须的化学通式为 K2O·nTiO2,其结构随着n值的不同而不同,相应的性能也有很大区别。通常n取2、4、6或8。其中以n=4,6,即四钛酸钾和六钛酸钾晶须实用价值最大。
四钛酸钾具有良好的化学活性;六钛酸钾具有优良的力学和物理性能、稳定的化学性质、优异的耐腐蚀性、耐热隔热性、耐磨性、润滑性、高的电气绝缘性,还具有红外线反射率高、高温下导热系数极低、硬度低的特点。
组成
n=2和4时的钛酸钾晶须具有层状结构,层间的K离子可与溶液中的H离子进行交换,因而具有良好的离子交换性能,可作为离子交换材料处理水中的放射性元素。当层间K离子全部交换为H离子后则又变成性能非常优异的TiO2催化材料,可用于光催化处理环境废水等领域。
对于n为6和8的钛酸钾晶须则是稳定的隧道状结构,具有物理和力学性能,稳定的化学性质,可作为复合材料增强剂,用于增强增韧尼龙66,显微增强聚四氟乙烯等。
其中以n=4,6,即四钛酸钾和六钛酸钾晶须在实用价值最大。
钛酸钾晶须特性
K2O·6TiO2的物理性质
K2O·4TiO2和K2O·6TiO2的化学性质
晶须的生长机理
晶须的生长过程一般认为包括孕育期、生长期和终止生长期三个阶段。在各种晶须生长机制中,气液固机制(简称VLS机理)、气固机制(简称VS机理)和液固机制(简称LS机理)是比较常见的三种晶须生长理论。同时,晶须的生长机制与其制备方法之间并不是互不相干、彼此独立的,而是有着密切的联系。对同一种生长机制可能存在着几种制备方法,对同一种制备方法也可能存在着几种生长机制。
VLS晶须生长机理认为:如果生成晶须的前驱体为物质A和B,那么,在衬底上还必须存在某种特别的“杂质”C,C能与B形成低熔共晶,因而在晶须的生长温度下形成触媒液滴。此液滴不断吸收气相中的A,当晶须材料AB在液相中的溶解度达到饱和时,它就在液固界面上沉积下来,形成晶须。
一般来说,晶须按VLS机理生长的过程可大致分为两个阶段。第一阶段:晶须成核向轴向快速生长,保持其截面大小不变;第二阶段:主要是晶须沿直径方向以通常晶体的生长方式较慢生长,其间晶须的截面积增大。其VLS机理晶须生长示意图见图1-2。在众多的晶须制备中,按照VLS机理生长的晶须占有绝大部分。