[發(fā)明專利]一種連續(xù)氧化鋁基陶瓷纖維的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810071921.1
• 申請日: 2008-10-10
• 公開（公告）號: CN101381225A
• 公開（公告）日: 2009-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳立富;張力;蘭琳;林昆侖;葉鑫南;張立同
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門大學
• 主分類號: C04B35/10
• 分類號: C04B35/10;C04B35/624;D01F9/08
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務(wù)所
• 代理人: 馬應(yīng)森

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氧化鋁基陶瓷纖維，尤其是涉及一種以氧化鋁為主要組分，通過加入第 二組分作為晶相抑制劑的連續(xù)氧化鋁基陶瓷纖維的制備方法。

背景技術(shù)

氧化鋁(Al₂O₃)基陶瓷纖維以Al₂O₃為主要成分，其含量一般大于70％，有的還含有其它 金屬氧化物(如SiO₂)，有長纖、短纖等形式，是一種高性能無機纖維。氧化鋁纖維的突出優(yōu) 點是高強度、高模量、耐熱性和耐高溫氧化性。與碳纖維和金屬纖維相比，其表面活性好， 易于與金屬、陶瓷基體復(fù)合，不僅可以在高溫氧化性環(huán)境中保持很好的抗拉強度，而且與其 它高性能無機纖維如碳化硅纖維相比，氧化鋁纖維原料成本低，生產(chǎn)工藝相對簡單，性價比 高。連續(xù)氧化鋁纖維可以制成無紡布、編織帶、繩索等各種形狀，作為增強體廣泛應(yīng)用于陶 瓷、樹脂、金屬基等復(fù)合材料中，特別是用作對輕質(zhì)合金的增強。此外，氧化鋁纖維還具有 熱導(dǎo)率小、熱膨脹系數(shù)低、抗熱震性好等優(yōu)點，作為高溫絕熱材料也得到廣泛應(yīng)用。

連續(xù)氧化鋁纖維具有強度高、直徑小、表面光潔、易編織等性能。目前國際上掌握連續(xù) 氧化鋁基陶瓷纖維制備技術(shù)并已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的有美國的DuPont公司、3M公司，日本的住友 化學公司和三菱礦業(yè)公司等。

與玻璃不同，氧化鋁熔體粘度太低，無法用熔融紡絲的辦法生產(chǎn)連續(xù)纖維。目前制備連 續(xù)氧化鋁基陶瓷纖維主要有溶膠-凝膠法和聚合物先驅(qū)體法。美國專利US3,808,015報道了 DuPont公司生產(chǎn)FP氧化鋁纖維的方法，將粒徑小于0.5μm的α-Al₂O₃粒子加入到水性的鋁鹽 Al₂(OH)₅Cl·2H₂O中形成淤漿后干法紡絲，在1500℃氫氧焰中快速燒結(jié)得到純度大于99.9％的 氧化鋁纖維(Dhingra，A.KAlumina?Fibre?FP.Phil.Trans.R.Soc，1980，A294，411-417)。日本住 友化學公司生產(chǎn)的Altex纖維是用烷基鋁和醇鋁等原料經(jīng)水解聚合得到聚合鋁化合物，再在有 機溶劑中加入硅酸酯濃縮后干法紡絲，所得的凝膠纖維在較低溫度下(<1000℃)煅燒制備出γ 型氧化鋁連續(xù)纖維(US?Patent?4,101,615)。與住友法不同，3M公司生產(chǎn)的Nextel系列纖維采 用了一種水溶性鋁鹽的路線。將含有甲酸根、乙酸根等陰離子的鋁溶膠、硅溶膠和硼酸按適 當比例混合，在一定條件下濃縮制得粘度適宜的紡絲液，經(jīng)紡絲機擠出牽引成凝膠纖維。凝膠 纖維干燥脫水后，在300～500℃下進一步脫除溶劑和其它揮發(fā)性組分，使化合物充分分解成 氧化物或多種氧化物的混合物，然后再在1000℃以上燒結(jié)使纖維致密化，獲得連續(xù)氧化鋁基 纖維(美國專利US4,047,965；Johnson，D.D?Nextel?312?ceramic?fiber?from?3M.J.Coated Fabrics，1981，11，282-296)。

DuPont法所得的FP纖維直徑大，不易編織；同時晶粒尺寸大，導(dǎo)致強度低，現(xiàn)在已經(jīng) 不再生產(chǎn)。住友法采用有機醇鹽水解的方法合成溶膠，原料成本高，溶膠不穩(wěn)定，工藝上不 容易控制。3M法所得纖維的性能較高，技術(shù)也最成熟，代表了目前世界上生產(chǎn)氧化鋁基連續(xù) 纖維的主流。

由于氧化鋁在1000～1100℃會發(fā)生其它晶型向穩(wěn)定的α-Al₂O₃的轉(zhuǎn)變，并且在更高溫度 下α-Al₂O₃晶粒迅速長大，導(dǎo)致纖維的性能急劇惡化，強度下降乃至粉化，因此必須添加其它 組分來抑制相變的發(fā)生或者α-Al₂O₃的晶粒長大。常見的添加物有二氧化硅、氧化鎂、氧化釔、 二氧化鋯等等，其中以二氧化硅最為有效，加入量最高可達30％，而其它添加物加入量一般 小于1％。