[发明专利]一种纳微米级钛氧化物玻璃球及其制备方法

权利要求书

1.一种纳微米级钛氧化物玻璃球，其特征在于，化学成分表达式为：(M1)_1-x(M2)_x(Ti_1-y1(M3)_y1)_y2O_z，其中，M1为选自La、Ba、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y、Na和Ca中的任意一种元素，M2为选自Mg、Ba、Ca、Sr、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Na、Sc、Y、Hf、Bi和Ag的至少一种元素，M3为选自V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Al、Si、P、Ga、In、Sn、Sb和Te的至少一种元素，x、y1、y2和z满足以下关系：

0≤x≤0.5，0≤y1＜0.31，1.4＜y2＜3.3，3.9＜z＜8.0

玻璃球为规则的球形，直径在5nm～2000μm之间。

2.一种权利要求1所述的纳微米级钛氧化物玻璃球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，按照钛氧化物化学成分表达式，使用单元素氧化物粉末或二元氧化物粉末作为原料，对原料按比例称重，混合均匀后，在空气或氧气气氛下加热至反应温度并保温，获得单相晶态钛氧化物粉末，

第二步，把单相晶态钛氧化物粉末，均匀供入2000℃以上高温束流中，钛氧化物粉末被高温束流加热至熔化形成液滴，或挥发成蒸气；液滴在高温束流末端下落，先收缩成球形，接着冷却、凝固形成玻璃球；蒸气先冷凝成纳米级球状液滴，然后下落、冷却、凝固形成纳米级玻璃球，液滴在冷却或凝固过程中不与器壁或杂质发生接触以免触发结晶。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的反应温度在1000～1750℃之间，保温时间在0.5～48小时之间。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的单相晶态钛氧化物粉末直接用来制备钛氧化物玻璃球，或造粒后制备钛氧化物玻璃球，或球磨后制备钛氧化物玻璃球，或球磨后经过造粒、过筛，获得不同粒径范围的球团后制备钛氧化物玻璃球。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的单相晶态钛氧化物粉末，

当在高温束流中全部挥发成蒸气，最终产物为粒径均一的纳米级玻璃球；

当在高温束流中只熔化成液滴而没有挥发，最终产物为微米级玻璃球；

当在高温束流中部分挥发，形成蒸气与残余液滴的混合物，最终产物为纳米和微米两种尺度玻璃球的混合物。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的高温束流为等离子体束、燃料燃烧形成的火焰、电子束或激光束；

等离子体束包括射频等离子体束、直流等离子体束或射频-直流混合等离子体束；

燃料包括乙炔、氢气、一氧化碳、甲烷和混合气体燃料，还包括酒精、汽油和柴油。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，当高温束流为等离子体束时，需要载气来均匀供送钛氧化物粉末；载气是氧气、氩气和二者混合气体中的一种，气流速度为0.1～50m³/h，供粉速率在0.1～500g/min之间；产生等离子体的气体是氩气、氧气、氢气与氩气混合气体中的一种，气流速度为1～500m³/h；对于射频等离子体束，产生等离子体的气体从径向和切向同时供入，钛氧化物粉末从射频等离子体束的轴向中心供入；对于直流和射频-直流混合等离子体束，钛氧化物粉末从等离子体束的外侧供入，或从直流等离子体束的轴向中心供入。

8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，当制备纳米级玻璃球时，需要容器以约束蒸气；对于微米级玻璃球在大气敞开环境中制备，或在容器中制备。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，当需要对混合物分离时，把混合物在酒精或纯水中进行超声处理后静置，微米级玻璃球会沉降到底层，纳米级玻璃球保存在上层悬浮液中。