由于氧化锆纤维性能良好,所以考虑对氧化锆纤维制成的纤维进行研究。
氧化锆纤维板与其他高温材料相比有以下优点:
①使用温度为最高,能够真正满足在1600℃以上超高温氧化气氛中长期稳定使用,最高使用温度可达2200℃。
②隔热性能为最好,氧化锆在所有金属氧化物中导热系数为最小。
③耐腐蚀性为最好,氧化锆的耐酸碱腐蚀能力大大强于氧化硅和氧化铝。论文网
④高温不易挥发、无污染,氧化锆在所有金属氧化物中的高温蒸气压为最低,且化学惰性,不易挥发为气相而与其他物质在高温下反应造成污染。
1.1.2 技术背景
1.1.2.1氧化锆纤维的制备
氧化锆纤维优异的性能引起了人们极大的兴趣,自二十世纪六十年代,许多国家开始 了对氧化锆纤维制备的研究,然而由于连续纤维制备非常困难,八十年代之前仅能获得强 度低、长度数厘米的短纤维,主要用作隔热材料。87年之后,国际上开始采用前驱体法来 制备氧化锆连续纤维,即首先获得连续的含锆前驱体纤维,再经热处理脱除可分解组分获 得氧化锆连续纤维,获得了一定进展。根据前驱体种类的不同,已有的制备方法有以下四种:
(1)浸渍法:将有机织物如粘胶纤维采用盐酸等预处理使之膨化后,浸入锆盐溶液 中,待其孔隙内充满锆盐溶液后取出,清洗,干燥,热解,煅烧,得到氧化锆纤维。
(2)混合法:将有机聚合物作为纺丝助剂,与锆盐、纳米级氧化锆微粒或其溶解胶 混合配成纺丝溶液,纺丝获得前驱体纤维,再经热处理烧结成氧化锆纤维。
(3)溶胶-凝胶法:通过控制烷氧基锆的水解、酸解和缩聚,获得含锆的有机溶胶, 纺丝形成凝胶纤维,热处理烧结获得氧化锆连续纤维。
(4)有机锆聚合物法:通过引入乙酰丙酮或乙酰乙酸乙酯等与烷氧基锆或氧氯化锆 反应,作为锆的侧基生成Zr-O-Zr聚合长链的有机锆聚合分子,溶于适当溶剂,无需纺丝 助剂,通过蒸发溶剂调至合适粘度即可纺丝获得前驱体纤维,热处理脱去有机配体等可挥发组分获得氧化锆连续纤维,这种方法和溶胶-凝胶法非常相似,但其纺丝液不是溶胶,不自发凝结。
1.1.2.2氧化锆纤维板的制备
纤维板的制备,目前通常采用湿法真空成型工艺生产,即选用相应的耐火纤维散棉作为基材,纤维切短后加入粘结剂,经制浆、真空吸滤成型、烘干和后续加工,获得纤维板制品。
刘和义等发明一种“无机锆胶粘结+真空成型法”制备氧化锆纤维板的方法,采用高强度氧化锆纤维作为基材,加入自制的无机锆胶作为粘结剂,充分制浆后,采用真空吸滤成型获得湿坯,再经干燥和高温热处理,从而获得氧化锆纤维板的制备方法。主要包括以下三步:制备无机锆胶粘结剂、制浆和真空成型干燥和高 温热处理,最终获得四方相和/或立方相氧化锆、纯度99%以上、抗压强度0.5~5.0MPa、容重300kg/m3~1200kg/m3、使用温度1600℃~2200℃的氧化锆纤维板。
侯宪钦主以全稳定立方相氧化锆纤维为基相,以氧化锆细粉作为填料,加入有机结合剂制备浆体,再经吸滤成型、干燥、高温烧结制备氧化锆陶瓷纤维板。
张娜通过湿法真空吸滤成形工艺,以硅酸铝纤维为基体材料,以各种轻质填料如六钛酸钾晶须、气凝胶二氧化硅等为隔热添加剂,以淀粉、聚合氯化铝混合溶液为结合剂制备高效高温硅酸铝纤维复合隔热材料。
1.1.3 纤维板的隔热性能
1.1.3.1测定隔热性能的方法