[發(fā)明專(zhuān)利]一種含有SiO2摻雜的ZrO2纖維的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410353956.X
• 申請(qǐng)日: 2014-07-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104141181A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉和義;喬健;朱玉龍;黃振進(jìn);崔宏亮
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京理工宇龍新材料科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): D01F9/08
• 分類(lèi)號(hào): D01F9/08;C04B35/48;C04B35/622
• 代理公司: 南京蘇高專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 肖念

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于耐火材料隔熱技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含有SiO₂摻雜的ZrO₂多晶連續(xù)纖維的制備方法。

背景技術(shù)

耐火陶瓷纖維由于其具有優(yōu)異的保溫隔熱性能而成為研究開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。C纖維是一種性能優(yōu)異的隔熱材料，在非氧化氣氛下，使用溫度可達(dá)到1400℃，但是不能在氧化還原氣氛下使用較長(zhǎng)時(shí)間。氧化鋁或者莫來(lái)石纖維也是一種性能優(yōu)良的耐火隔熱材料?？梢栽谘趸€原氣氛中重復(fù)使用。氧化鋯陶瓷纖維與其他氧化物纖維相比，具有高熔點(diǎn)(2710±15℃)、導(dǎo)熱系數(shù)最小、高溫蒸汽壓低、耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，是一種具有廣泛應(yīng)用前景的新型耐高溫隔熱材料。除了作為耐火材料外，氧化鋯纖維還可以作為催化劑載體、金屬基和陶瓷基復(fù)合材料的增強(qiáng)體，具有很大的應(yīng)用價(jià)值。

目前制備多晶氧化鋯連續(xù)纖維的方法主要有以下幾種：

(1)有機(jī)聚鋯法。將無(wú)機(jī)鋯鹽(氧氯化鋯等)溶于有機(jī)溶劑中，并加入有機(jī)配位體，通過(guò)一定的方法聚合生成有機(jī)鋯聚合物，使聚合物具有一定的粘度，紡絲，煅燒后得到氧化鋯纖維。但原料多采用有機(jī)試劑、且成本較高，而且有的毒性較大、容易揮發(fā)造成污染。

(2)基體纖維浸漬法。將黏膠纖維通過(guò)一定的溶劑溶脹后，用鋯鹽和穩(wěn)定劑溶液交換纖維中的溶劑，采用離心或者吸濾方法除去纖維表面多余的鋯鹽溶液。經(jīng)烘干、煅燒后得到氧化鋯纖維。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)缺陷多、機(jī)械強(qiáng)度較低。

(3)溶膠-凝膠法。將醋酸鋯、甲酸鋯等有機(jī)鋯鹽，通過(guò)水解和聚合過(guò)程轉(zhuǎn)化成前驅(qū)體溶膠，然后進(jìn)行紡絲得到凝膠纖維，經(jīng)干燥、燒結(jié)后得到氧化鋯纖維。是一種新型的制備多晶氧化鋯纖維的方法。

(4)淤漿法。將鋯鹽溶液或者氧化鋯超細(xì)粉通過(guò)添加有機(jī)聚合物混合制漿，經(jīng)紡絲、煅燒后得到多晶氧化鋯纖維。缺點(diǎn)是氧化鋯超細(xì)粉體制備困難，且漿體穩(wěn)定性較差。同時(shí)粉體中的原始晶粒繼續(xù)長(zhǎng)大，導(dǎo)致纖維晶粒粗大。

除了上述幾種方法外，還有研究者采用化學(xué)氣相沉積、電泳沉積法制備單晶或多晶氧化鋯纖維，但僅限于實(shí)驗(yàn)室研究，不適于工業(yè)化生產(chǎn)。

美國(guó)專(zhuān)利US?NO.4,520,114描述了一種制備亞穩(wěn)定t-ZrO₂粉末的方法。是將鋯和釔的β-二酮金屬配位體溶解于四氫呋喃有機(jī)溶劑中，其中釔作為穩(wěn)定劑。去除過(guò)量的有機(jī)溶劑，形成含有一定質(zhì)量的前驅(qū)體固體。將前驅(qū)體在N₂氣氛中，300～800℃熱解20～30min，降低含碳量至前驅(qū)體質(zhì)量的1～10％。最后在純O₂氣氛中，300～800℃煅燒20min，得到平均晶粒尺寸為95～100nm的亞穩(wěn)定t-ZrO₂粉末。由于鋯源、釔源為有機(jī)物，且溶劑為有機(jī)溶劑。因此制備成本較高、且制備過(guò)程不易控制。

專(zhuān)利號(hào)CN?101,172,856?B公開(kāi)了一種多晶氧化鋯纖維的制備方法，是將超細(xì)四方氧化鋯細(xì)粉與無(wú)毒水性分散劑和水一同混合制漿，得到固相含量為35～50vol％左右的水基氧化鋯淤漿，然后采用擠出-凝固法成型，將淤漿通過(guò)直徑為30～50um孔擠入凝膠浴中制備氧化鋯纖維前驅(qū)體，再在1000～1500℃燒結(jié)1h得到t-ZrO₂纖維。但得到的氧化鋯纖維晶粒尺寸和密度較大，纖維長(zhǎng)度較短，僅為10～20mm。

專(zhuān)利號(hào)EP?0,885,860?A1公布了一種氧化鋯陶瓷纖維的制備方法。其采用溶膠-凝膠法，利用硝酸鋯和硝酸釔為原料，并添加適量的增稠劑(羥丙甲基纖維素等)和消泡劑，濃縮后得到前驅(qū)體溶膠，采用擠出-凝固成型，將溶膠通過(guò)直徑為70～100um的孔擠入到添加有氨水的凝膠浴中形成凝膠纖維，最后在惰性氣體中1000～1200℃熱處理得到最終的PSZ纖維。但纖維直徑較粗、強(qiáng)度不高。

專(zhuān)利號(hào)CN?101,239,828A公布了一種氧化鋯耐火纖維的制備方法。采用氧氯化鋯、過(guò)氧化氫水溶液、三氯化釔或硝酸釔為原料，濃縮后得到可紡溶膠，離心紡絲得到凝膠纖維，經(jīng)干燥、熱處理后得到平均直徑為5um、純度高達(dá)99.5％的t-ZrO₂纖維。采用氧氯化鋯作為鋯源，價(jià)格較高、且具有微毒性。

1975年的US?NO.3,860,529采用基體纖維浸漬法得到t-ZrO₂纖維，將人造絲纖維放在鹽酸中浸泡一段時(shí)間，取出用水漂洗。在將纖維放入ZrOCl₂和YCl₃的混合溶液中，采用離心法除去纖維表面多余的鋯鹽溶液。經(jīng)烘干、800℃左右燒結(jié)后得到t-ZrO₂纖維。采用浸漬法制備纖維強(qiáng)度不高。