[發(fā)明專利]一種中空氧化鋯纖維及其無模板制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210534961.5
• 申請日: 2022-05-17
• 公開（公告）號: CN114836850B
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 隋超;王超;赫曉東;溫磊;趙予順
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: D01F9/08
• 分類號: D01F9/08;D01F1/08;D01F1/10;D01D5/18;D01D10/02
• 代理公司: 北京格允知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11609
• 代理人: 譚輝

本發(fā)明提供了一種中空氧化鋯纖維及其無模板制備方法，該無模板制備方法包括：(1)將鋯鹽和相穩(wěn)定劑置于無水乙醇中混勻，得到鋯鹽溶液；(2)將紡絲溶質(zhì)、有機(jī)溶劑和水加入到鋯鹽溶液中并攪拌混勻，得到前驅(qū)液；(3)對前驅(qū)液進(jìn)行紡絲，得到前驅(qū)體纖維；其中，前驅(qū)體纖維為單根連續(xù)纖維；(4)將前驅(qū)體纖維依次進(jìn)行烘干和燒結(jié)處理，得到中空氧化鋯纖維。本發(fā)明提供的制備方法無需各類模板，制得的中空氧化鋯纖維為純四方氧化鋯晶體結(jié)構(gòu)，抗熱震性優(yōu)異；且為單根連續(xù)纖維，連續(xù)性好，纖維直徑小；其整體形貌規(guī)整、表面光滑，具有優(yōu)異的防隔熱性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及熱防護(hù)材料領(lǐng)域，特別涉及一種中空氧化鋯纖維及其無模板制備方法。

背景技術(shù)

熱防護(hù)材料是發(fā)展和保障高超聲速飛行器和可重復(fù)使用飛行器在極端環(huán)境下安全服役的基石。隨著航天和軍事需求的快速發(fā)展，對飛行器抗極端服役環(huán)境能力以及滿足飛行器熱防護(hù)的耐溫性、耐久性和可靠性的需求日益提高。對于主要包括陶瓷纖維剛隔熱瓦和陶瓷纖維柔性隔熱氈兩大類的大面積陶瓷隔熱材料而言，其關(guān)鍵之一在于陶瓷纖維的制備。

氧化鋯纖維具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，較高的高溫強(qiáng)度和韌性，良好的抗腐蝕性和穩(wěn)定性，且導(dǎo)熱系數(shù)低，是當(dāng)前發(fā)展迅速的特種陶瓷的重要原料，可用于生產(chǎn)高溫結(jié)構(gòu)陶瓷等。

目前廣泛應(yīng)用的氧化鋯纖維多為實(shí)心結(jié)構(gòu)，實(shí)心結(jié)構(gòu)的纖維交織堆疊在一起可阻礙熱流傳遞，具備一定的防隔熱性能。但中空結(jié)構(gòu)纖維限定熱流傳遞的能力遠(yuǎn)大于實(shí)心結(jié)構(gòu)纖維，具有更為優(yōu)異的防隔熱性能。然而，現(xiàn)有中空氧化鋯纖維通常采用模板法制備得到，其表面粗糙度高、存在壁厚不均勻等缺點(diǎn)，且纖維直徑仍較大，連續(xù)性和取向性差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種中空氧化鋯纖維及其無模板制備方法，該制備方法無需各類模板，制得的中空氧化鋯纖維為純四方氧化鋯晶體結(jié)構(gòu)，抗熱震性優(yōu)異，且為單根連續(xù)纖維，連續(xù)性好，纖維直徑小，其整體形貌規(guī)整、表面光滑。

第一方面，本發(fā)明提供了一種中空氧化鋯纖維的無模板制備方法，所述無模板制備方法包括：

(1)將鋯鹽和相穩(wěn)定劑置于無水乙醇中混勻，得到鋯鹽溶液；

(2)將紡絲溶質(zhì)、有機(jī)溶劑和水加入到所述鋯鹽溶液中并攪拌混勻，得到前驅(qū)液；

(3)對所述前驅(qū)液進(jìn)行紡絲，得到前驅(qū)體纖維；其中，所述前驅(qū)體纖維為單根連續(xù)纖維；

(4)將所述前驅(qū)體纖維依次進(jìn)行烘干和燒結(jié)處理，得到所述中空氧化鋯纖維。

優(yōu)選地，在步驟(1)中，所述鋯鹽為八水氧氯化鋯、硝酸鋯中的至少一種；

所述相穩(wěn)定劑為六水合硝酸釔、六水合硝酸鈰、二水合氯化鎂、二水合氯化鈣中的至少一種。

更優(yōu)選地，所述相穩(wěn)定劑為六水合硝酸釔。

優(yōu)選地，在步驟(1)中，所述鋯鹽和所述相穩(wěn)定劑的摩爾之比為100:(8～9.4)；

所述鋯鹽和所述無水乙醇的質(zhì)量之比為(10～35):100。

優(yōu)選地，在步驟(2)中，所述紡絲溶質(zhì)為聚乙烯吡咯烷酮；

所述有機(jī)溶劑為N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜中的至少一種。

優(yōu)選地，在步驟(2)中，所述紡絲溶質(zhì)與所述鋯鹽的質(zhì)量之比為(60～80):100；

所述有機(jī)溶劑與所述鋯鹽的質(zhì)量之比為(60～90):100；

所述水和所述鋯鹽的質(zhì)量之比為(50～90):100。

優(yōu)選地，在步驟(2)中，所述攪拌混勻的時(shí)間為3～6h。