一种硼酸钙晶须及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种硼酸钙晶须及其制备方法，属于无机非金属材料技术领域。本发明专利技术所要解决的技术问题是提供一种操作简单的硼酸钙晶须的制备方法。该方法包括如下步骤：a、球磨：硼源、钙源和助溶剂混合，球磨1～10min，得球磨后物料；b、煅烧：球磨后物料于800～1000℃煅烧2～6h，得煅烧后产物；c、浸渍：煅烧后产物冷却，加入水70～90℃浸渍，然后取固体洗涤，干燥，得到硼酸钙晶须。本发明专利技术采用一种国内外尚未见报道的新方法制备出硼酸钙晶须，原料易得，且反应不涉及高压，制备成本较低，安全性高，且操作简单，工艺容易控制，得到的硼酸钙晶须结晶度好、热稳定好、形貌均匀、纯度高、收率高，可应用到无碱玻璃纤维、阻燃、陶瓷、增强材料等行业。

【技术实现步骤摘要】
一种硼酸钙晶须及其制备方法
本专利技术涉及一种硼酸钙晶须及其制备方法，属于无机非金属材料

技术介绍
晶须是指在一定的反应条件下，以单晶形式生长成的一种类似短棒状纤维的结构，通常长径比大于10，单晶的横截面积小于5×10-4cm-2。由于其具备极小的直径，通常可达到亚微米或纳米级，因此很难存在一般晶体中常见的各种缺陷，其原子排列均匀有序，各个原子之间存在很强的结合键能，因此具备很高的力学强度。晶须的应用十分广泛，尤其是其在增强各类复合材料中具有极佳的潜力，因此，世界各国都十分重视对晶须的开发和利用。硼酸盐晶须作为一类新型的增强材料，目前在复合材料中得到广泛应用，并取得较好的效果。硼酸钙作为硼酸盐家族重要成员被广泛应用到无碱玻璃纤维、陶瓷、搪瓷、防腐防锈剂、阻燃剂、非线性光学晶体材料等行业。而硼酸钙晶须不仅具备普通晶须的优良力学性能，还具有硼酸钙耐高温、阻燃效果良好、环境友好等特点，有望应用到无碱玻璃、陶瓷、搪瓷、绝缘、阻燃、造纸等行业。此外，硼酸钙晶须可作为一种增强材料添加到复合材料中，用于改善复合材料的物理性能。硼酸钙的合成受液相pH值、阳离子性质、反应物的相对量、浓度等因素的影响，最关键的是反应体系的pH值。当pH<6时主要是H3BO3，pH<11主要为多聚硼氧配阴离子，pH>11主要为B(OH)4-。合成硼酸钙的原料主要以硼酸、硼砂、硼酐、硼矿为硼源，以钙盐或氧化钙为钙源，主要方法为水热法、超临界流体干燥技术、催化法、高温烧结法。目前，晶须的制备方法包括：水溶液法、溶胶-凝胶法、助溶剂法、气相法、水热法等。现有的硼酸盐晶须，大都采用水热法进行。专利CN1936104A公开了一种硼酸镁晶须的水热合成制备方法；专利CN102226299A公开了一种硼酸锌晶须水热合成新方法；专利CN103774208A公开了一种无孔高结晶硼酸镁纳米晶须的绿色水热合成方法；专利CN105821476A公开了一种高长径比水合及无水硼酸钙纳米晶须的温和水热-热转化合成方法，该晶须为纳米级。中国专利CN102154682A公开了一种硼酸钙晶须的制备方法，前驱体借助均相反应器，填充度50％～70％，于90～200℃水热反应1～25h，经过滤、洗涤、干燥得到硼酸钙晶须。该方法得到的硼酸钙晶须为扇形或棒状两种形貌，其形状随机，且需要预先制备前驱体，操作复杂成本高，所得硼酸钙晶须的热稳定性有待进一步的提高。
技术实现思路
针对以上缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种单根状的操作简单的硼酸钙晶须的制备方法。本专利技术硼酸钙晶须的制备方法，包括如下步骤：a、球磨：硼源、钙源和助溶剂混合，球磨10～15min，得球磨后物料；b、煅烧：球磨后物料于800～1000℃煅烧2～6h，得煅烧后产物；c、浸渍：煅烧后产物冷却，加入水70～90℃浸渍，然后取固体洗涤，干燥，得到硼酸钙晶须。在本专利技术的一些实施例中，所述硼源为硼砂、硼酸和硼矿中的至少一种。在本专利技术的一些实施例中，所述钙源为CaO和钙盐中的至少一种。在具体的实施例中，所述钙源为CaO、CaCl2、Ca(NO3)2和CaCO3的至少一种。在本专利技术的一些实施例中，所述助溶剂为NaCl或KCl。在本专利技术的实施方式中，硼源中的硼与钙源中的钙的摩尔比为1～7:1。在一个具体的实施方式中，硼源中的硼与钙源中的钙的摩尔比为3～7:1。在本专利技术的具体实施方式中，助溶剂与硼钙的摩尔比为0.5～4:1，其中，硼钙为硼源中的硼加上钙源中的钙的总用量。在本专利技术的实施方式中，助溶剂与硼钙的摩尔比为1～2:1。在本专利技术的一个具体实施例中，a步骤球磨的时间为2min。在一个具体实施方式中，c步骤中，加入80℃的水进行浸渍。为了减少杂质，提高硼酸钙晶须的纯度，优选采用去离子水进行浸渍和洗涤。本专利技术还提供本专利技术所述的硼酸钙晶须的制备方法制备得到的硼酸钙晶须。本专利技术的硼酸钙晶须，为单根状，形貌均匀、纯度高、结晶度好、热稳定好，1200℃失重仅3.66％，可应用到无碱玻璃纤维、阻燃、陶瓷、增强材料等行业。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1)本专利技术采用一种国内外尚未见报道的新方法制备出硼酸钙(CaB2O4)晶须，该晶须可应用到无碱玻璃纤维、阻燃、陶瓷、增强材料等行业。2)本专利技术方法得到的硼酸钙晶须结晶度好、热稳定好、形貌均匀、纯度高、收率高。经XRD分析，所得产物特征峰与PDF#22-0522(CaB2O4)吻合，无其他衍射峰，说明晶须纯度较高，TG检测显示产物具有良好的热稳定性，1200℃失重仅3.66％，SEM图显示所得产物呈单根状，长度间于10～40微米，直径约1～2微米，长径比大于10，产率可达到90％以上。3)本专利技术方法的原料易得，且反应不涉及高压，所以制备成本较低，安全性高。4)本专利技术操作简单，产物受物料配比和反应温度影响显著，工艺容易控制。附图说明图1为本专利技术所得硼酸钙晶须的SEM图。图2为本专利技术实施例1所得硼酸钙晶须的XRD图。图3为本专利技术实施例1所得硼酸钙晶须的FT-IR图。图4为本专利技术实施例1所得硼酸钙晶须的TG-DTG图。图5为本专利技术实施例1与对比例1所得硼酸钙晶须的TG-DTG对比图。具体实施方式本专利技术硼酸钙晶须的制备方法，包括如下步骤：a、球磨：硼源、钙源和助溶剂混合，球磨1～10min，得球磨后物料；b、煅烧：球磨后物料于800～1000℃煅烧2～6h，得煅烧后产物；c、浸渍：煅烧后产物冷却，加入水70～90℃浸渍，然后取固体洗涤，干燥，得到硼酸钙晶须。通过本专利技术方法，可以成功制备得到硼酸钙晶须，其操作简单成本低，所得晶须产品结晶度高、热稳定性好、纯度高、形貌均匀。a步骤为球磨步骤，主要将硼源、钙源和助溶剂混合后进行球磨破碎。其中，所述的球磨可以采用本领域常规球磨机，在本专利技术的一个实施例中，在振动球磨罐进行球磨，球磨时采用干法球磨。本领域常用的硼源均适用于本专利技术。在本专利技术的一些实施例中，所述硼源为硼砂、硼酸和硼矿中的至少一种。本专利技术对钙源没有特别限制，在本专利技术的一些实施例中，所述钙源为CaO和钙盐中的至少一种。在具体的实施例中，所述钙源为CaO、CaCl2、Ca(NO3)2和CaCO3的至少一种。本领域常用的助溶剂也都适用于本专利技术。在本专利技术的一些实施例中，所述助溶剂为NaCl或KCl。硼钙比对硼酸钙的形成有一定的影响，在本专利技术的实施方式中，硼源中的硼与钙源中的钙的摩尔比为1～7:1。在一个具体的实施方式中，硼源中的硼与钙源中的钙的摩尔比为3～7:1。在具体的实施例中，硼源中的硼与钙源中的钙的摩尔比为3:1、3.5:1、4:1、4.5:1、5:1、5.5:1、6:1、7:1等。助溶剂主要起辅助作用，在一定温度熔化，提供液态反应环境，加入量可以为常规用量，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.硼酸钙晶须的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/na、球磨：硼源、钙源和助溶剂混合，球磨10～15min，得球磨后物料；/nb、煅烧：球磨后物料于800～1000℃煅烧2～6h，得煅烧后产物；/nc、浸渍：煅烧后产物冷却，加入水70～90℃浸渍，然后取固体洗涤，干燥，得到硼酸钙晶须。/n

【技术特征摘要】
1.硼酸钙晶须的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、球磨：硼源、钙源和助溶剂混合，球磨10～15min，得球磨后物料；
b、煅烧：球磨后物料于800～1000℃煅烧2～6h，得煅烧后产物；
c、浸渍：煅烧后产物冷却，加入水70～90℃浸渍，然后取固体洗涤，干燥，得到硼酸钙晶须。


2.根据权利要求1所述的硼酸钙晶须的制备方法，其特征在于：所述硼源为硼砂、硼酸和硼矿中的至少一种。


3.根据权利要求1所述的硼酸钙晶须的制备方法，其特征在于：所述钙源为CaO和钙盐中的至少一种；优选所述钙源为CaO、CaCl2、Ca(NO3)2和CaCO3的至少一种。


4.根据权利要求1所述的硼酸钙晶须的制备方法，其特征在于：所述助溶剂为NaCl或KCl。


5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾英，黄勇，冯珊，于旭东，彭芸，左文章，徐攀，童翰林，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：四川;51