[發明專利]鋯酸鑭陶瓷纖維的制備方法

有效

• 申請號: 201310521491.X
• 申請日: 2013-10-29
• 公開（公告）號: CN103553596A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 陳代榮;李月明;焦秀玲;賈玉娜
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C04B35/48
• 分類號: C04B35/48;C04B35/50;C04B35/622;D01F9/08
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 楊磊

技術領域

本發明涉及一種鋯酸鑭陶瓷纖維的制備方法，屬于無機非金屬材料領域。

背景技術

近年來，隨著航空航天技術的飛速發展和節能減排的需要，對隔熱材料的要求越來越高。在現有各種隔熱材料中，陶瓷纖維以其突出的輕質和耐高溫特性而成為隔熱材料的首選，它既有無機材料的耐高溫特性，又有纖維材料的低導熱率、低密度、高熱容以及制品形式多樣等特征，作為高溫隔熱材料已廣泛用于各類熱防護工程。

目前廣泛應用的高溫隔熱纖維材料主要有硅酸鋁基陶瓷纖維、氧化鋁基和氧化鋯基陶瓷纖維。硅酸鋁耐火纖維基本解決了宇航器的隔熱問題，但由于這種材質的導熱系數相對較大，因此必須以較厚的尺寸來降低熱傳導，而增加了各類飛行器的發射和制造成本；此外，硅酸鋁耐火纖維制品被認為是二類致癌物正逐漸被歐美國家禁用。氧化鋁陶瓷纖維作為隔熱材料有很好的保溫性能，可顯著減少熱損失，但最高耐熱溫度只能達到1700℃。氧化鋯陶瓷纖維能耐2000℃的高溫，高溫時能抗酸性腐蝕，但是氧化鋯基陶瓷纖維從四方結構冷卻到單斜結構時有8%的體積膨脹，循環使用過程中應力的積累會導致隔熱層破壞，甚至失效。

為滿足高溫隔熱材料高使用溫度、低導熱系數、抗燒結和熱變形的要求，人們發現燒綠石型結構的鋯酸鑭(La₂Zr₂O₇)材料性能較好。La₂Zr₂O₇具有優良的高溫相穩定性，在熔點(2300℃)之前晶體結構保持不變。此外，它的本征熱傳導率低于氧化鋯(La₂Zr₂O₇，1.56W/(m·K)；ZrO₂，2.3W/(m·K))。ZrO₂是氧透過型材料，而La₂Zr₂O₇氧離子電導率很低，可以說是氧不透過型材料。與ZrO₂相比，La₂Zr₂O₇在室溫到熔點之間無相轉變，熱穩定性更高，導熱系數、熱膨脹系數和楊氏模量更低，更抗燒結。基于La₂Zr₂O₇材料以上所述的突出優點，La₂Zr₂O₇纖維在高溫隔熱領域的會有更廣泛的應用前景。

目前La₂Zr₂O₇粉體的制備方法主要有沉淀法、固相反應法、水熱合成法、溶膠-凝膠法、自蔓延燃燒法等，CN101407336A提供一種采用溶液共沉淀法制備鋯酸鑭粉體的方法。但是鋯酸鑭陶瓷纖維的制備尚未見有專利報道。由于鋯酸鑭La₂Zr₂O₇材料本身熔點很高、難以燒結，用傳統的熔融紡絲難以實現。如果通過靜電紡絲技術制備凝膠纖維，然后煅燒制備鋯酸鑭(La₂Zr₂O₇)納米纖維，由于La₂Zr₂O₇材料本身難以燒結，再加上紡絲液中存在大量氯離子，導致纖維是由不規則的納米片連接構成，致密性較差使得纖維柔韌性較差，阻礙其在高溫隔熱領域的實際應用。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種鋯酸鑭陶瓷纖維的制備方法。

本發明的技術方案如下：

一種鋯酸鑭(La₂Zr₂O₇)陶瓷纖維的制備方法，包括步驟如下：

(1)可紡性前驅體溶膠的制備

將硝酸鋯、硝酸鑭和檸檬酸分別加入到適量水中，攪拌至澄清透明；室溫下將三種溶液混合，攪拌均勻后在40～70℃水浴老化至黏度為60～100Pa·s，得可紡性前驅體溶膠；

其中，硝酸鋯與硝酸鑭的摩爾比為1:0.87～1.15，按金屬離子(La³⁺+Zr⁴⁺)與檸檬酸的摩爾比為1:0.3～1.2添加檸檬酸。

(2)離心成纖制備凝膠纖維

將步驟(1)制備的可紡性前驅體溶膠進行離心成纖，工藝條件為：甩絲孔直徑為0.2～0.5mm，甩絲轉數為3000～12000r/min，甩絲桶內溫度為10～40℃，相對濕度為10～40%；得凝膠纖維；