自蔓延高溫合成（SHS）制備鈦鎳黃無機(jī)顏料的研究.pdf

1、以金屬鈦、TiO2，NiO，Sb2O3為主要原料，采用熱爆式自蔓延高溫合成(Self-propagatingHigh-temperatureSynthesis簡稱SHS)技術(shù)制備鈦鎳黃無機(jī)顏料。通過熱力學(xué)理論對(duì)體系的絕熱溫度、反應(yīng)最高溫度等進(jìn)行了計(jì)算，并利用DTA、XRD、XPS、CIE色度分析儀和粒度測(cè)試儀等現(xiàn)代測(cè)試手段，探討了自蔓延法合成鈦鎳黃顏料過程中，原料配比、反應(yīng)溫度和保溫時(shí)間等工藝因素對(duì)顏料呈色效果的影響，并進(jìn)一步研究了燃燒

2、合成過程中體系的反應(yīng)模式和機(jī)理。利用固溶體是否連續(xù)固溶的判據(jù)，從理論上分析判斷出鈦鎳黃體系為一種有限置換型固溶體，并在實(shí)驗(yàn)結(jié)論中得到了證實(shí)。 利用DTA測(cè)試手段測(cè)定出體系開始反應(yīng)的預(yù)熱溫度范圍，并應(yīng)用于實(shí)際反應(yīng)過程。燃燒劑Ti粉的含量影響體系的著火溫度，Ti含量越多，著火溫度越低。研究結(jié)果還表明，理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)均證實(shí)預(yù)熱溫度對(duì)體系的反應(yīng)過程起著重要作用：反應(yīng)物在較低溫度(＜800℃)預(yù)熱時(shí)生成的主晶相為銳鈦礦型TiO2，這是由于

3、該溫度不能達(dá)到系統(tǒng)的著火溫度，或即使系統(tǒng)被局部點(diǎn)燃，也由于不能產(chǎn)生足夠的熱量維持燃燒波蔓延，反應(yīng)不能繼續(xù)進(jìn)行，也不能使TiO2從銳鈦礦型轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石型。而當(dāng)預(yù)熱溫度較高(＞800℃)時(shí)，系統(tǒng)能發(fā)生自蔓延燃燒反應(yīng)，而且生成產(chǎn)物的主晶相為金紅石型TiO2。預(yù)熱溫度愈高，反應(yīng)放出的熱能愈多，產(chǎn)物趨向于高溫結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。提高預(yù)熱溫度有助于自蔓延高溫合成反應(yīng)。燃燒反應(yīng)后得到的產(chǎn)物一般還需要在一定溫度下進(jìn)行保溫，才能得到最終所要的顏料。將燃燒的產(chǎn)物在不

4、同溫度下保溫，并對(duì)保溫后產(chǎn)物進(jìn)行測(cè)試分析，結(jié)果表明：隨著保溫溫度的升高和時(shí)間的增長，金紅石相主峰(110)晶面的2θ值在減小，根據(jù)布喇格公式說明金紅石相的晶面間距d值在增加。這是因?yàn)殡S著溫度和時(shí)間的增加，更多的NI2+進(jìn)入TiO2晶格，而Ni2+的半徑大于Ti4+的半徑，從而使晶面間距增加。通過對(duì)最終產(chǎn)物進(jìn)行色度測(cè)試，同樣證明隨著保溫溫度的升高，時(shí)間的增長，b*值增大，顏色更黃，呈色效果更好。綜合考慮，鈦鎳黃體系在燃燒劑含量適當(dāng)，相應(yīng)的

5、溫度預(yù)熱點(diǎn)火，發(fā)生自蔓延燃燒反應(yīng)，并將燃燒后的產(chǎn)物進(jìn)行保溫，就可以得到呈色效果較好的黃色顏料。著色劑的含量直接影響顏料的呈色效果，調(diào)整其含量可以得到不同色度的黃色顏料。 鈦鎳黃顏料體系的自蔓延燃燒合成過程研究表明，整個(gè)反應(yīng)過程分為兩個(gè)階段，第一個(gè)階段是氣體漫滲機(jī)制，是空氣中的O2由物料表面逐步向內(nèi)部滲透，與金屬Ti粉發(fā)生燃燒的過程，這時(shí)Ti粉燃燒生成TiO2放出熱量，為系統(tǒng)提供進(jìn)一步反應(yīng)所需的熱能。第二個(gè)階段是固相擴(kuò)散機(jī)制，Ti