[發明專利]一種莫來石纖維的制備方法

無效

• 申請號: 201210065441.0
• 申請日: 2012-03-13
• 公開（公告）號: CN102603276A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 黃慶;周小兵;胡春峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C04B35/185
• 分類號: C04B35/185;C04B35/622;C04B35/66
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 陳英俊

技術領域

本發明涉及高溫耐火纖維制備技術領域，特別涉及一種綠色低成本莫來石纖維的制備方法。

背景技術

莫來石纖維是高溫技術領域的一類高技術基礎材料，因具有一系列的優異性能，包括：高熔點(1850℃)、優良的高溫抗蠕變性能、優異的高溫強度、電絕緣性和化學穩定性，低熱傳導率和熱膨脹系數(5.3×10^-6K)，以及優良的抗腐蝕性和高剪切模量，在國民經濟發展中作用十分突出，與鋼鐵、有色金屬、建材、能源及新技術產業的發展息息相關，是這類行業節能降耗的重要保障。因此，莫來石纖維自問世以來作為一種輕質耐高溫材料越來越受到重視。在發達國家，耐火材料總產值約占國民經濟中產值的0.1％，市場前景非常廣闊。

隨著科學技術水平的不斷提高，工業現代化進程的加快，高性能莫來石纖維的應用不再局限于傳統的窯爐及熱工設備上，其在國防及高技術領域將有著更廣闊的應用，而且市場容量超過傳統行業的需求量。如在航天領域的應用：美國國家航天局(NASA)采用輕型纖維瓦解決了航天飛機系統中的隔熱系統問題；在汽車行業的應用：由于經過莫來石纖維增強的鋁鎂合金具有優良的力學性能，已在汽車發動機活塞部件上成功應用。2010年我國汽車產量超過1800萬輛，按每套活塞連桿使用0.2Kg增強纖維計算，僅此一項陶瓷纖維用量即可達到3600噸。

目前，在莫來石纖維的生產和研究中，均采用傳統的電阻爐加熱的方式進行熱處理，熱量主要通過熱傳導、熱輻射及對流的方式由外至內傳遞，由于莫來石纖維熱導率較低，因此傳統加熱方式效率較低，升溫速率較慢，而且所需保溫溫度高達1300℃、保溫時間約3小時，整個升溫及保溫過程一般需要8-10小時，可見生產效率低，生產周期長、能耗大。同時，由于傳統方式熱處理溫度高、保溫時間長，纖維晶粒異常長大，纖維脆性斷裂及粉化現象嚴重。此外，傳統加熱方式內外溫度梯度較大，材料一致性能較低，易出現黑心問題，成品率低。

因此，降低莫來石纖維熱處理溫度，減少保溫時間，縮短生產周期，提高生產效率，改善莫來石纖維性能，發展高性能莫來石纖維綠色低成本制備技術具有重要的研究價值和社會及經濟效益。

發明內容

本發明的技術目的是針對上述技術現狀，提供一種高效、節能、成本低廉并且易于產業化的莫來石纖維制備方法，利用該制備方法能夠較快升溫，并在較低溫度、較短保溫時間內合成莫來石纖維。

本發明實現上述技術目的所采用的技術方案為：一種莫來石纖維的制備方法，具體為：按照莫來石纖維化學式中各元素的化學計量比稱取原料，配置膠體，然后經成纖、烘干排膠制成莫來石非晶纖維，再將纖維裝入由透波材料制成的匣缽內，然后將匣缽放入專業微波爐內，在空氣或氧氣氣氛下，通過調整微波功率控制升溫速率，加熱升溫至熱處理溫度，最后冷卻至室溫，得到莫來石纖維。

上述技術方案中：

膠體配置時采用的原料可以是所述莫來石纖維化學式中相應元素的單質、氧化物、氟化物、氮化物、溴化物、氯化物、硝酸鹽、硫酸鹽、碳酸鹽，也可以是所需原料元素的前軀體或者溶膠。

所述成纖方法包括但不限于高速離心甩絲、熱氣流高壓噴絲、靜電紡絲或熔融拉絲。

所述專業微波爐可以選自網帶式微波爐/窯、推板式微波爐/窯、輥道式微波爐/窯、梭式微波爐/窯、箱式微波爐/窯及鐘罩式微波爐/窯中的一種，專業微波爐的微波頻率一般為300MHz～300GHz，優選的頻率為2.45GHz、5.8GHz、0.915GHz或24.15GHz。

匣缽由透波性能較好的材料制成，優選由Al₂O₃、BN等材料中的一種或幾種的復合材料制成。

為了改善莫來石纖維的性能，加熱升溫至熱處理溫度后優選進行保溫處理，保溫時間優選為0.1～100h，進一步優選為0.1～1h。

為了降低熱處理溫度，改善莫來石纖維的性能，可在原料中加入各種助溶劑，助溶劑包括但不限于鋁粉、硅粉、SiO₂、V₂O₅、Bi₂O₃、CuO、Bi(NO₃)₃、Cu(NO₃)₂等中的一種或者幾種的混合。

為了提高升溫速率，更好地保持環境溫度場的均勻性，優選在匣缽內加輔熱材料。輔熱材料可直接與樣品接觸或者保持一定的距離。