[發明專利]一種高熵鋯酸鹽無機纖維及其制備方法

有效

• 申請號: 202110376381.3
• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN113089135B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 袁康康;靳曉彤;崔晴;李呈順
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: D01F9/10
• 分類號: D01F9/10
• 代理公司: 濟南竹森知識產權代理事務所(普通合伙) 37270
• 代理人: 朱家富

本發明涉及一種高熵鋯酸鹽無機纖維及其制備方法。制備方法包括堿式碳酸鋯、鈣源、鍶源、鋇源、冰乙酸和助紡劑按照一定的比例，在水溶液中加熱溶解，制得高熵鋯酸鹽前驅體溶膠；將高熵鋯酸鹽前驅體溶膠通過靜電紡絲法獲得高熵鋯酸鹽前驅體纖維；將高熵鋯酸鹽前驅體纖維通過熱處理制得高熵鋯酸鹽無機纖維。所得溶膠穩定，可紡性好，所得高熵鋯酸鹽纖維為單相固溶體，纖維直徑為0.5?1.5μm，且在室溫至1400℃高溫條件下保持晶相和纖維形態穩定。

技術領域

本發明涉及一種高熵鋯酸鹽無機纖維及其制備方法，屬于無機非金屬材料領域。

背景技術

自2015年Rost等率先將葉鈞蔚和Cantor在合金中提出的高熵概念擴展到陶瓷以來，高熵陶瓷材料作為一類由多種陶瓷組元以等摩爾比或近等摩爾比形成的新型多主元固溶體，以其更低的熱導率、緩慢的擴散效應和更優異的性能，在高溫隔熱領域展現出巨大的應用潛力。

氧化物無機纖維以其優異高溫穩定性、抗氧化、耐腐蝕、質輕等優勢，已發展成為高溫隔熱領域的關鍵材料之一。然而，氧化物纖維在高溫使用條件下存在著普遍的共性問題，即晶粒生長導致的纖維脆性甚至粉化。因此，探尋在不降低纖維高溫隔熱性能的前提下優化氧化物無機纖維的微觀結構和抑制晶粒生長的新途徑成為氧化物無機纖維亟待解決的問題。而高熵陶瓷結構具有更低的熱導率、高的結構穩定性和優異的性能，在文獻《(La_0.2Ce_0.2Nd_0.2Sm_0.2Eu_0.2)₂Zr₂O₇: A novel high-entropy ceramic with low thermalconductivity and sluggish grain growth rate》中的研究結構表明，高熵鋯酸鹽陶瓷結構可以表現出緩慢的晶粒生長速率和更低的熱導率。因此，高熵結構為氧化物無機纖維結構優化和隔熱性能提升提供了可能。然而，雖然人們對高熵陶瓷有了較多的研究，但是還沒有關于高熵氧化物纖維制備的相關報道，缺乏相關制備經驗，這也成為將高熵結構應用于氧化物無機纖維優化需要解決的問題。

發明內容

為解決上述氧化物纖維存在的缺點和不足，將高熵結構應用于無機氧化物纖維的結構優化，本發明提供了一種高熵鋯酸鹽無機纖維及其制備方法，同時高熵鋯酸鹽纖維為高溫隔熱纖維提供了一個新型產品。

本發明所制備的高熵鋯酸鹽無機纖維為單相固溶體，分子式為(CaSrBa)ZrO₃，纖維直徑為0.5-1.5μm，且在室溫至1400℃高溫條件下保持晶相和纖維形態穩定。

本發明的技術方案如下：

一種高熵鋯酸鹽無機纖維的制備方法，包括以下步驟：

(a) 制備高熵鋯酸鹽纖維前驅體溶膠

將固體原料堿式碳酸鋯、鈣源、鍶源、鋇源按照元素摩爾比Zr : Ca : Sr : Ba =3:1:1:1加入到質量比固體:水=1:(0.5~5)的水中，并在10~90℃加熱攪拌的條件下，加入摩爾比Zr:CH₃COOH = 1: (1.5~6)的冰乙酸，溶解制得高熵鋯酸鹽溶膠；向高熵鋯酸鹽溶膠中加入質量分數為0.1~10%的高分子聚合物，充分溶解制得高熵鋯酸鹽纖維前驅體溶膠；

(b) 靜電紡絲法制備高熵鋯酸鹽前驅體纖維

將步驟(a)的高熵鋯酸鹽纖維前驅體溶膠通過靜電紡絲制得高熵鋯酸鹽前驅體纖維，其中靜電紡絲工藝條件為紡絲距離4~30cm, 紡絲電壓為8~50kV, 溶膠推進速率為0.6~4.0mL/h，環境溫度為10~35℃，環境濕度為10~65%；

(c) 制備高熵鋯酸鹽無機纖維