一种软机械力化学辅助固相法合成金红石型钛镍黄陶瓷色料的方法

摘要

本发明属于陶瓷材料技术领域，公开了一种软机械力化学辅助固相法合成金红石型钛镍黄陶瓷色料的方法。将二氧化钛、镍盐和三氧化二锑分散到去离子水中，然后通过介质搅拌磨在转速为500～4000r/min，研磨介质填充率为60～80vol.％，研磨介质尺寸为0.1～0.8mm，研磨时间10～60min的条件下进行软机械力化学处理，得到前驱体，再于900～1200℃烧结，得到金红石型钛镍黄陶瓷色料。本发明制备的钛镍黄陶瓷色料，呈金红石型结构，化学性质稳定且耐高温性能好；同时色调纯正，黄度值、明度值均较高；烧结温度较传统固相法至少可降低100℃，能耗少，具有广阔的应用前景。

权利要求

1.一种软机械力化学辅助固相法合成金红石型钛镍黄陶瓷色料的方法，其特征在于包括如下步骤：(1)将二氧化钛、镍盐和三氧化二锑加入到去离子水中，再加入分散剂搅拌分散均匀，得到悬浮液；

(2)将步骤(1)的悬浮液加入到介质搅拌磨中进行软机械力化学处理，转速控制为500～4000r/min，研磨介质填充率为60～80vol.％，研磨介质尺寸控制为0.1～0.8mm，研磨时间10～60min，得到分散均匀的悬浮液；

(3)将步骤(2)所得悬浮液干燥，粉碎过筛，得到金红石型钛镍黄陶瓷色料前驱体粉末；

(4)将步骤(3)所得前驱体粉末升温至900～1200℃保温烧结，自然降温，得到所述金红石型钛镍黄陶瓷色料；

步骤(1)中所述二氧化钛、镍盐和三氧化二锑的加入比例为：使得掺杂离子Ni的摩尔含量为1～5％、且Ni、Sb离子的摩尔比值为Ni:Sb＝1:2；

步骤(1)中所述的镍盐是指硝酸镍或硫酸镍。

2.根据权利要求1所述的一种软机械力化学辅助固相法合成金红石型钛镍黄陶瓷色料的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的分散剂为WF-211或AD-8030，分散剂的用量为1～

5wt.％。

3.根据权利要求1所述的一种软机械力化学辅助固相法合成金红石型钛镍黄陶瓷色料的方法，其特征在于：步骤(1)中所述悬浮液的固含量为20～30wt.％。

4.根据权利要求1所述的一种软机械力化学辅助固相法合成金红石型钛镍黄陶瓷色料的方法，其特征在于：步骤(3)中所述的干燥是指在90～110℃干燥8～12h。

5.根据权利要求1所述的一种软机械力化学辅助固相法合成金红石型钛镍黄陶瓷色料的方法，其特征在于：步骤(4)中所述升温的速率为5～20℃/min，所述保温烧结的时间为

0.5～2h。

6.一种金红石型钛镍黄陶瓷色料，其特征在于：通过权利要求1～5任一项所述的方法制备得到。

说明书

一种软机械力化学辅助固相法合成金红石型钛镍黄陶瓷色料

的方法

技术领域

[0001] 本发明属于陶瓷材料技术领域，具体涉及一种软机械力化学辅助固相法合成金红石型钛镍黄陶瓷色料的方法。

背景技术

[0002] 无机色料具有良好的热稳定性能和化学稳定性，广泛应用于多个工业领域，特别是陶瓷工业。传统黄色陶瓷色料的原料多含有Cd、Cr、Pb等重金属元素，使用过程中容易渗出，造成环境污染，影响人类健康；现有专利中，有不少是关于环境友好型黄色陶瓷色料的制备方法的。中国专利CN104892030A公布了“一种纳米镨黄陶瓷色料的制备方法”采用溶胶凝胶法制备了镨黄色料的前驱体，通过球磨机研磨处理1～2h，再进行烧结得到环境友好的镨黄色料。此方法制备的镨黄陶瓷色料的原料中含有稀土元素镨，制备成本高，且制备工艺复杂，不利于大规模应用。

[0003] 金红石型钛镍黄陶瓷色料采用Ni、Sb离子掺杂进入TiO2金红石晶体结构的方法制备，原材价格低廉。金红石型结构具有较好的化学稳定性和耐高温性能。Ni、Sb离子掺杂进入金红石晶体中，在使用过程中不容易渗出，因此，金红石型钛镍黄陶瓷色料是一种环境友好型陶瓷色料。目前，金红石型钛镍黄陶瓷色料存在的不足主要表现为黄度值较低且偏向黄绿色调，明度不足等(M.Dondi,G.Cruciani,F.matteucci,et al.,The role of counterions(Mo,Nb,Sb,W)in Cr-,Mn-,Ni-and V-doped rutile ceramic pigments:part 2.colour and technological properties,Cream.Int.32(4)(2006)393-405)。因此，现在亟待解决的是采用低成本有效方法提高金红石型钛镍黄陶瓷色料的发色性能，获得明亮纯黄的钛镍黄陶瓷色料。

[0004] 制备无机陶瓷色料通常采用固相法、溶胶凝胶法以及化学沉淀法等。溶胶凝胶法和化学沉淀法工艺复杂、成本较高、产量较小。传统的固相法工艺简单，产量大，但是能耗高，产品纯度低、粒径大。机械力化学法作为一种工艺简单且耗能少的方法受到了越来越多的关注。中国专利CN1699271公布了“用机械力化学法低温制备高纯莫来石的方法”，采用行星球磨机或振动磨对原料进行研磨预处理，在1150～1450℃烧结，即制得纯度为95～98％的莫来石，降低了煅烧温度，从而节省能源。但行星球磨机或振动磨能量密度低，所需研磨处理时间较长。

发明内容

[0005] 针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种软机械力化学辅助固相法合成金红石型钛镍黄陶瓷色料的方法。该方法成本低，对环境友好，所得陶瓷色料黄度值高、黄色纯正、明度值高。

[0006] 本发明的再一目的在于提供一种通过上述方法得到的金红石型钛镍黄陶瓷色料。

[0007] 本发明目的通过以下技术方案实现：

[0008] 一种软机械力化学辅助固相法合成金红石型钛镍黄陶瓷色料的方法，包括如下步骤：

[0009] (1)将二氧化钛、镍盐和三氧化二锑加入到去离子水中，再加入分散剂搅拌分散均匀，得到悬浮液；

[0010] (2)将步骤(1)的悬浮液加入到介质搅拌磨中进行软机械力化学处理，转速控制为500～4000r/min，研磨介质填充率为60～80vol.％，研磨介质尺寸控制为0.1～0.8mm，研磨时间10～60min，得到分散均匀的悬浮液；

[0011] (3)将步骤(2)所得悬浮液干燥，粉碎过筛，得到金红石型钛镍黄陶瓷色料前驱体粉末；

[0012] (4)将步骤(3)所得前驱体粉末升温至900～1200℃保温烧结，自然降温，得到所述金红石型钛镍黄陶瓷色料。

[0013] 优选地，步骤(1)中所述二氧化钛、镍盐和三氧化二锑的加入比例为：使得掺杂离子Ni的摩尔含量为1～5mol.％、且Ni、Sb离子的摩尔比值为Ni:Sb＝1:2。

[0014] 优选地，步骤(1)中所述的镍盐是指硝酸镍或硫酸镍。

[0015] 优选地，步骤(1)中所述的分散剂为WF-211或AD-8030，分散剂的用量为1～5wt.％。

[0016] 优选地，步骤(1)中所述悬浮液的固含量为20～30wt.％。

[0017] 优选地，步骤(3)中所述的干燥是指在90～110℃干燥8～12h。

[0018] 优选地，步骤(4)中所述升温的速率为5～20℃/min，所述保温烧结的时间为0.5～2h。

[0019] 一种金红石型钛镍黄陶瓷色料，通过上述方法制备得到。

[0020] 相对于现有技术，本发明的方法具有如下优点及有益效果：

[0021] (1)本发明采用软机械力化学对用于合成金红石型钛镍黄陶瓷色料的原料进行化学激活，然后采用固相法烧结得到产品。与未经软机械力化学处理固相法烧结合成的色料相比，采用此方法制备的前驱体的固相烧结温度明显降低，获得的金红石型钛镍黄陶瓷色料黄色色度纯正，发色效果好，具有广泛的应用前景。

[0022] (2)本发明的的制备工艺简单，机械研磨处理时间短，烧结温度较传统的固相法(1200～1300℃)降低100℃，大大降低了能耗，无废弃物排放、产量大，适应于工业生产的固相制备方法。

[0023] (3)与采用常规行星球磨机(一般球磨时间需长达24h)不同，本发明选用的磨机为介质搅拌磨，能量利用率高，对原料研磨处理仅需10～60min即可有效地降低合成色料的烧结温度。

[0024] (4)本发明方法制备的金红石型钛镍黄陶瓷色料色度值为L*＝82.08、a*＝0.49、b*＝62.74，颗粒尺寸为200～300nm，是一种黄色纯正且呈明黄色调、颗粒粒度较小的环保无毒的陶瓷色料，可广泛应用于实际生产生活中。

附图说明

[0025] 图1为本发明制备的金红石型钛镍黄陶瓷色料的X射线粉末衍射图。

[0026] 图2为本发明制备的金红石型钛镍黄陶瓷色料的扫描电镜图。

[0027] 图3为本发明制备的金红石型钛镍黄陶瓷色料的紫外可见光分光吸收图。

具体实施方式

[0028] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

[0029] 实施例1

[0030] 本实施例的一种软机械力化学辅助固相法合成金红石型钛镍黄陶瓷色料的方法，具体步骤如下：

[0031] (1)称取33.988g的二氧化钛，1.933g的三氧化二锑，以及4.080g的六水硝酸镍，将其加入到120g去离子水，滴加0.4g WF-211分散剂，用玻璃棒搅拌得固含量为25wt.％的悬浮液。

[0032] (2)将步骤(1)所述的悬浮液加入卧式介质搅拌磨中，高速研磨处理30min，转速控制为1995r/min，研磨介质尺寸为0.1mm，研磨介质填充率为80vol.％，得到分散均匀的悬浮液。

[0033] (3)将步骤(2)所得的悬浮液装入500mL的敞口烧杯中，并放入恒温烘箱中在110℃下干燥8h得到金红石型钛镍黄色料前驱体，将其用研钵研磨粉碎过160目筛得前驱体粉末。

[0034] (4)将步骤(3)中所得的前驱体粉末装入坩埚，置于马弗炉中，通过程序控温10℃/min升至1100℃，保温1h，然后自然降至室温，即得金红石型钛镍黄陶瓷色料。

[0035] 实施例2

[0036] 本实施例的一种软机械力化学辅助固相法合成金红石型钛镍黄陶瓷色料的方法，具体步骤如下：

[0037] (1)称取42.485g的二氧化钛，2.416g的三氧化二锑，以及5.099g的六水硝酸镍，将其加入到200g去离子水，滴加0.5g WF-211分散剂，搅拌得固含量为20wt.％的悬浮液。

[0038] (2)将步骤(1)所述的悬浮液加入立式介质搅拌磨中，高速研磨处理10min，转速控制为2500r/min，研磨介质尺寸控制为0.3mm，研磨介质填充率为75vol.％，得到分散均匀的悬浮液。

[0039] (3)将步骤(2)所得的悬浮液装入500mL的敞口烧杯中，并放入恒温烘箱中在90℃下干燥12h，得到金红石型钛镍黄陶瓷色料前驱体，将其用研钵研磨粉碎过160目筛得前驱体粉末。

[0040] (4)将步骤(3)中所得的前驱体粉末装入坩埚，置于马弗炉中，通过程序控温5℃/min升至900℃，保温2h，然后自然降至室温，即得金红石型钛镍黄陶瓷色料。

[0041] 实施例3

[0042] 本实施例的一种软机械力化学辅助固相法合成金红石型钛镍黄陶瓷色料的方法，具体步骤如下：

[0043] (1)称取85.365g的二氧化钛，1.732g的三氧化二锑，以及2.903g的硫酸镍，将其加入到210g去离子水，滴加0.9g AD-8030分散剂，搅拌得固含量为30wt.％的悬浮液。

[0044] (2)将步骤(1)所述的悬浮液加入卧式介质搅拌磨中，高速研磨处理60min，转速控制为1500r/min，研磨介质尺寸为0.8mm，研磨介质填充率为60vol.％，得到分散均匀的悬浮液。

[0045] (3)将步骤(2)所得的悬浮液装入500mL的敞口烧杯中，并放入恒温烘箱中在100℃下干燥10h得到金红石型钛镍黄色料前驱体，将其用研钵研磨粉碎过160目筛得前驱体粉末。

[0046] (4)将步骤(3)中所得的前驱体粉末装入坩埚，置于马弗炉中，通过程序控温20℃/min升至1100℃，保温0.5h，然后自然降至室温，即得金红石型钛镍黄陶瓷色料。

[0047] 本发明所制备的钛镍黄陶瓷色料性能如下：

[0048] 图1为制备的钛镍黄陶瓷色料的X射线粉末衍射图谱。可以看出，制备的钛镍黄陶瓷色料为纯金红石相，无其它杂相。说明Ni、Sb离子完全掺杂进入金红石相结构中，不会渗出对环境及人体造成危害。

[0049] 图2为制备的钛镍黄陶瓷色料的扫描电镜图。如图所示，制备的钛镍黄陶瓷色料呈类球形或类椭圆形结构，颗粒粒径为200～300nm。

[0050] 图3为制备的钛镍黄陶瓷色料的紫外可见光分光吸收图谱。如图所示，制备的钛镍黄陶瓷色料在380～560nm有较大的吸收峰，可见钛镍黄陶瓷色料呈较好的黄色。

[0051] 表1为制备的钛镍黄陶瓷色料以及相关研究中钛镍黄陶瓷色料的色度值。

[0052] 表1

[0053]

[0054] 由表1结果可以看出，本发明制备的钛镍黄陶瓷色料(L*＝82.08、a*＝0.49、b*＝62.74)黄度值以及明度值相对于其它研究制备的金红石型钛镍黄陶瓷色料[1](L*＝79、a*＝-3、b*＝50)有很明显的提高，且黄色色调更为纯正。([1]M.Dondi,G.Cruciani,F.matteucci,et al.,The role of counterions(Mo,Nb,Sb,W)in Cr-,Mn-,Ni-and V-doped rutile ceramic pigments:part 2.colour and technological properties,Cream.Int.32(4)(2006)393-405)。

[0055] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。