第十章其他高性能纖維

1、第十章第十章 其他高性能纖維其他高性能纖維 芳雜環(huán)纖維分類 l 聚苯并咪唑（PBI）纖維： l 聚亞苯基苯并二惡唑（PBO）纖維： l 聚酰亞胺（PI）纖維： l M5纖維 N O * O N * N C N H N C H N N H N NN H N O H O H N O C N C O C O N O C R 第一節(jié)第一節(jié) 芳芳雜環(huán)纖維雜環(huán)纖維 聚苯并咪唑合成 CC PhOOPh OO 2 NH 2 NH 2 HN 2 HN N C N H N C H N 360 PBI的特性 l優(yōu)異耐熱性 l耐腐蝕性 l高強(qiáng)度 l高硬度 l高純度 PBI應(yīng)用 l通常用來制造要求極嚴(yán)的元器件以降低維

2、護(hù)維修費(fèi)用，并且使用壽命最長。已建立 的應(yīng)用領(lǐng)域有半導(dǎo)體和航空工業(yè)，白熾燈 或熒光燈高溫接觸件，如真空杯、推指和 保持架，電氣接觸器等。 聚亞苯基苯并二惡唑 OHHO H2N NH2 +HCl+COOHHOOC PPA130-200oC N O N O * PBO特性 l高比強(qiáng)度 l高模量 l耐水耐化學(xué)穩(wěn)定 l在火焰中不燃燒、不收縮，耐熱性和難燃 性高于其它任何一種有機(jī)纖維 PBO纖維表面的改性 l 化學(xué)改性：酸氧化法、偶聯(lián)劑改性、表面刻蝕和 表面接枝等 l 輻射改性 l 等離子體改性：利用等離子體引發(fā)高聚物的自由 基反應(yīng)進(jìn)行的，由等離子體引發(fā)產(chǎn)生的自由基隨 后可進(jìn)行裂解、自由基轉(zhuǎn)化、氧化、岐

3、化和耦合 等反應(yīng)。其中氧氣、氨氣氣氛中的等離子體改性， 主要是通過增加纖維的表面極性，改善纖維的潤 濕性，使PBO纖維復(fù)合材料的力學(xué)性能較大幅度 提高。 PBO纖維的應(yīng)用 l 長絲的應(yīng)用，可用于輪胎、膠帶(運(yùn)輸帶)、膠管等橡膠制品的補(bǔ)強(qiáng)材 料；各種塑料和混凝土等的補(bǔ)強(qiáng)材料；彈道導(dǎo)彈和復(fù)合材料的增強(qiáng)組 分；纖維光纜的受拉件和光纜的保護(hù)膜；電熱線、耳機(jī)線等各種軟線 的增強(qiáng)纖維；繩索和纜繩等高拉力材料；高溫過濾用耐熱過濾材料； 導(dǎo)彈和子彈的防護(hù)設(shè)備、防彈背心、防彈頭盔和高性能航行服；網(wǎng)球、 快艇、賽艇等體育器材；高級擴(kuò)音器振動板、新型通訊用材料；航空 航天用材料等。 l 短切纖和和漿粕的應(yīng)用，可用于

4、摩擦材料和密封墊片用補(bǔ)強(qiáng)纖維；各 種樹脂、塑料的增強(qiáng)材料等。 l 紗線的應(yīng)用，可用于消防服；爐前工作服、焊接工作服等處理熔融金 屬現(xiàn)場用的耐熱工作服；防切傷的保護(hù)服、安全手套和安全鞋；賽車 服、騎手服；各種運(yùn)動服和活動性運(yùn)動裝備；Carrace飛行員服；防 割破裝備等。 l 短纖維的應(yīng)用，主要用于鋁材擠壓加工等用的耐熱緩沖墊氈；高溫過 濾用耐熱過濾材料；熱防護(hù)皮帶等。 聚酰亞胺（PI）纖維 l聚酰亞胺是指主鏈上含有酰亞胺環(huán) 的一類聚合物，其中以含有酞酰亞 胺結(jié)構(gòu)的聚合物尤為重要。 l合成方法： H2N 加熱 N O O COOR COOH O O O N O O OCN C C O O O N

5、 CO CO2 N O O 或 脫水劑 加熱 COHN COOH H2NO O O 聚酰胺酸 聚酰亞胺 O O O H2N 加熱 N O O COOH COOH 或 溶劑 COHN COOH N O O 三氟乙酐 叔胺 O N O 加熱 異酰亞胺 PI的特性 l具有最高的熱穩(wěn)定性和耐熱性 l具有優(yōu)越的綜合性能 l相對于其他芳雜環(huán)高分子，比較容易合成 l已經(jīng)合成了幾千個品種，有十多個品種已 經(jīng)產(chǎn)業(yè)化 l有很廣泛的應(yīng)用面。 應(yīng)用領(lǐng)域 l H和C級的絕緣材料：薄膜、漆包線； l 微電子技術(shù)的介電材料：Tg要求300以上； l 200以上長期使用的高分子材料； l 300以上使用的先進(jìn)復(fù)合材料； l

6、液晶顯示用取向劑：TN，STN和TFT； l 耐高溫泡沫材料； l 耐高溫、耐輻射、耐化學(xué)的分離膜。 新型高性能纖維M5 大多數(shù)高性能纖維，因分子間結(jié)合力的薄弱而導(dǎo)致某些力學(xué)性 能上的不足，如PBO纖維大分子鏈間較弱的結(jié)合力，使其壓縮 和扭曲性能較差。纖維材料的壓縮性能，主要取決于纖維大分 子之間的相互作用程度。通常纖維扭轉(zhuǎn)模量可作維表征大分子 之間相互作用程度的一個量度。因此，如何增強(qiáng)大分子鏈之間 的相互作用，已成為進(jìn)一步強(qiáng)化剛性聚合物纖維力學(xué)性能的一 個重要問題。 M5纖維在分子鏈的方向上存在著大量的-OH和-NH基團(tuán)，容易 在分子間和分子內(nèi)形成強(qiáng)烈的氫鍵。因此，其壓縮和扭曲性能 為目前所

7、有聚合物纖維之最。M5纖維的剛棒狀分子結(jié)構(gòu)特點決 定了M5纖維具有較高的耐熱性。由于M5大分子鏈上含有羥基， M5纖維的高極性使其能更容易與各種樹脂基體粘接。 M5纖維合成 2 HN 2 HN N N H PPA 2 NH 2 NH COOH COOH OH HO N H N OH HO M5纖維的成形 l M5纖維的紡絲是將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1820%左右的 PIPD/PPA紡絲漿液（聚合物的MW為 6.01041.5105）進(jìn)行干噴濕紡，空氣層的 高度為5-15cm，紡絲溫度為180，以水或多聚 磷酸水溶液為凝固劑，可制成PIPD的初生纖維。 其中，實驗用噴絲孔直徑范圍為65-200m，噴頭 拉伸

8、比取決于噴絲空的直徑，可達(dá)70倍，所得纖 維直徑為8-14m。所得M5的初生纖維需在熱水 中進(jìn)行水洗，以除去附著在纖維表面的溶劑PPA， 并進(jìn)行干燥。為了進(jìn)一步提高初生纖維取向度和 模量，對初生纖維在一定的預(yù)張力下進(jìn)行熱處理 。 M5纖維的性能 l力學(xué)性能：M5的壓縮強(qiáng)度低于碳纖維，但 卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Twaron-HM纖維和PBO纖維， 這歸因于M5的二維分子結(jié)構(gòu) 。 l阻燃性能： M5纖維的剛棒狀分子結(jié)構(gòu)決定 了它具有較高的耐熱性和熱穩(wěn)定性。 l熱力學(xué)性能 l 界面粘合性能 ：M5大分子鏈上含有羥基， M5纖維的高極性使其能更容易與各種樹脂 基體粘接。 M5應(yīng)用及展望 l作為一種先進(jìn)復(fù)合材料的增

9、強(qiáng)材料，M5纖 維具有許多其它有機(jī)高性能纖維不具備的 特性，這使得M5纖維在許多尖端科研領(lǐng)域 具有更加廣闊的應(yīng)用前景；M5纖維可用于 航空航天等高科技領(lǐng)域；用于國防領(lǐng)域如 制造防彈材料；用于制造運(yùn)動器材如網(wǎng)球 拍、賽艇等。 浙江生產(chǎn)芳雜環(huán)纖維企業(yè) l杭州精工工業(yè)材料有限公司：PBI棒棒 地 址：杭州市德勝路388號長城機(jī)電 l浙江省嘉善中泰香料廠：PBO 地址：浙江省嘉善縣楊廟經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū) l余姚市低塘寶城高分子材料廠余姚市低塘寶城高分子材料廠 ：聚酰亞胺聚酰亞胺 l余姚市國美特種工程塑料有限公司余姚市國美特種工程塑料有限公司 ：PI 第二節(jié)第二節(jié) 陶瓷纖維陶瓷纖維 三大傳統(tǒng)無機(jī)材料：水泥、玻璃

10、、陶瓷 Ceramic來自希臘語里的“keramicos”，是 被火燒過的東西，也就是說這種材料的卓 越性能通常要通過高溫處理工藝得到的； 60多年前所指的陶瓷一般稱之為”傳統(tǒng)陶 瓷”，主要是要粘土做成的陶器，瓷器， 磚瓦及玻璃制品等。 現(xiàn)代陶瓷的概念在原 來的基礎(chǔ)上又有的新的拓展，如光電陶瓷， 壓敏 陶瓷等。 陶瓷的結(jié)構(gòu)性能陶瓷的結(jié)構(gòu)性能 l 陶瓷是由兩種或兩種以上的元素組成，大部分陶 瓷是金屬和非金屬化合物。原子間作用力是由純純 離子鍵離子鍵或全共價鍵全共價鍵或者離子鍵和共價鍵離子鍵和共價鍵的共同組 成。具體有什么價鍵取決于原子的電負(fù)性。雖然 陶瓷材料的原子間作用力主要是來自原子，但晶 體

11、的結(jié)構(gòu)取決于組分原子的電價； l 金屬離子（或者陽離子）顯正價，而非金屬離子 （陰離子）顯負(fù)價。 組分正負(fù)離子的電荷數(shù)正負(fù)離子的電荷數(shù)和相相 對尺寸對尺寸大小性影響著晶體的結(jié)構(gòu)晶體的結(jié)構(gòu)。由于晶體要保 持電中性，左右所有正離子的電荷數(shù)必須與所有 負(fù)離子的電荷數(shù)相等， l穩(wěn)定的陶瓷晶體結(jié)構(gòu)的配位數(shù)跟陽陰離子 的半徑比相關(guān) 思考題：思考題： 當(dāng)配位數(shù)是3時，計算 最小的陽陰離子直徑 比？ 陽離子陽離子 cos ac a rr r 求rc/ra 陶瓷結(jié)構(gòu)陶瓷結(jié)構(gòu)-AX類類 NaCl（石鹽）類結(jié)構(gòu) A陽離子 X陰離子 晶體結(jié)構(gòu)相同的還有MgO，MnS，LiF和FeO 陽陰離子半徑比介于0.414和0.

12、732之間，配位數(shù)為6，晶體結(jié)構(gòu)是面心立方晶系 陶瓷結(jié)構(gòu)陶瓷結(jié)構(gòu)-AX類類 氯化銫（CsCl）結(jié)構(gòu) 陰陽離子的配位數(shù)都是8，陰離子占據(jù)立方體的8個頂點，陽離子則占據(jù)體心。 陶瓷結(jié)構(gòu)-AX類 閃鋅礦結(jié)構(gòu) 配位數(shù)為4，ZnS ,ZnTe和SiC都具有這種結(jié)構(gòu) 陶瓷結(jié)構(gòu)陶瓷結(jié)構(gòu)-AX2類類 螢石（CaF2）型 陽陰離子半徑比大約0.8，配位數(shù)為8，ZrO2，UO2，PuO2和ThO2具有相同的 晶體結(jié)構(gòu) 陶瓷纖維結(jié)構(gòu)性能陶瓷纖維結(jié)構(gòu)性能 l1941年，維爾考克斯公司用天然高嶺土經(jīng) 電弧爐噴吹制成纖維。 l40年代后期，美國首先將硅酸鹽（鋁)系纖 維產(chǎn)業(yè)化，并首次用于航空工業(yè)。 l60年代，研制出多種

13、陶瓷制品，用于工業(yè) 窯壁。 l70年代，飛速發(fā)展。 陶瓷纖維概述與分類陶瓷纖維概述與分類 密度小密度小 耐高溫耐高溫 熱穩(wěn)定性好熱穩(wěn)定性好 導(dǎo)熱率低導(dǎo)熱率低 比熱容小比熱容小 耐機(jī)械震動等耐機(jī)械震動等 陶瓷纖維的分類陶瓷纖維的分類 非晶質(zhì)（玻璃態(tài)）纖維 晶質(zhì)纖維 氧化物陶瓷纖維（如氧化鋁纖維） 非氧化物陶瓷纖維 （如碳化硅纖維） 陶瓷纖維棉 陶瓷纖維毯 陶瓷纖維氈 陶瓷纖維板 陶瓷纖維模塊 陶瓷纖維紙 陶瓷纖維紡織品 從微觀形態(tài)上分：從微觀形態(tài)上分： 從成分上分：從成分上分： 從陶瓷纖維制品分：從陶瓷纖維制品分： l在在30萬噸的年產(chǎn)量中，各種陶瓷纖維制品萬噸的年產(chǎn)量中，各種陶瓷纖維制品 的分

14、布：的分布： 纖維棉：15， 纖維繩、布等：6 毯和纖維塊：45， 纖維紙：3 真空成形板、氈：25 其它：6 主要應(yīng)用于： 熱處理工業(yè)占40， 鋼鐵工業(yè) 35， 其它 25。 陶瓷纖維毯陶瓷纖維毯 定義：散裝陶瓷纖維自然沉降于集棉 器網(wǎng)上，并形成均勻的棉胚，經(jīng)“針刺” 制毯工藝獲得無結(jié)合劑的干法針刺毯。 陶瓷纖維毯是一種纖維狀輕質(zhì)耐火 材料，一般是由“電阻法噴吹成纖” 制備，所以屬于非晶質(zhì)（玻璃態(tài)）纖 維范疇，可直接用作工業(yè)窯爐壁襯熱 面材料。 陶瓷纖維氈陶瓷纖維氈 定義：通過結(jié)合劑使陶瓷纖維間保 持結(jié)合定型，并獲得一定形狀和良好 加工性能。施工強(qiáng)度的陶瓷纖維制品。 根據(jù)結(jié)合劑的品種和生產(chǎn)工

15、藝不同， 陶瓷纖維氈又可分為： 陶瓷纖維濕法濕法氈（真空成型 氈） 陶瓷纖維干法氈。 用有機(jī)結(jié)合劑與纖維配制成 一定濃度的棉漿，經(jīng)真空吸 慮成型和干燥等程序制成定 尺板狀纖維氈。它強(qiáng)度和彈 性好，但不能彎曲。 以含熱固性有機(jī)結(jié)合劑的纖維 為原料，經(jīng)集棉、預(yù)壓、熱壓 固化定型及后處理等工序制成， 它具有優(yōu)良的強(qiáng)度，任性和加 工性能。 陶瓷纖維板陶瓷纖維板 陶瓷纖維板采用與陶瓷纖維氈相 同的濕法真空成型加工工藝。根 據(jù)纖維板的強(qiáng)度要求，有時還需 加入高溫微粉集料。 陶瓷纖維板是一種剛性的低導(dǎo)熱 率纖維制品，可應(yīng)用于同時要求 堅韌、自承重及隔熱的領(lǐng)域，如 構(gòu)筑高溫工業(yè)窯爐、高溫管道的 壁襯熱面及有氣

16、流沖蝕部位的壁 襯材質(zhì)。 陶瓷纖維模塊陶瓷纖維模塊 陶瓷纖維模塊又稱陶瓷纖維組 件，這表現(xiàn)在以各種疊堆式模 塊和預(yù)制模塊爐襯取代傳統(tǒng)的 層鋪式爐襯結(jié)構(gòu)。 它具有以下 有點： 1，施工簡單、安裝方便、節(jié)省 工時； 2，陶瓷纖維模塊加工時采取了 預(yù)壓縮，能補(bǔ)償在高溫下的收 縮； 3，具有優(yōu)良的抗風(fēng)蝕性能； 4，纖維模塊的錨固件不暴露于 纖維爐襯熱面，無需采取昂貴 的材料作為錨固件。 陶瓷纖維紙 陶瓷纖維紙是以散裝噴吹陶瓷纖維 為原料，并加入一定比例結(jié)合劑、填料 及助劑等添加物，用濕法生產(chǎn)工藝生產(chǎn) 的深加工產(chǎn)品，其工藝是借鑒傳統(tǒng)造紙 工藝發(fā)展而成的。 它具有表面平整、結(jié)構(gòu)均勻、低熱導(dǎo)率、 低密度、高

17、撕拉強(qiáng)度、高柔韌性、電 絕緣性能好等優(yōu)良性能，被廣泛用于高溫 絕熱、密封、襯墊、電絕緣、吸音及過濾 等方面的功能材料。 陶瓷纖維紡織品 陶瓷纖維紡織品的生產(chǎn)工藝是借鑒傳 統(tǒng)紡織品生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的。 它采用直徑大于4.5m的陶瓷纖維長絲與 15%20%的有機(jī)纖維混合，經(jīng)和棉、梳 棉、紡紗等工序制成陶瓷纖維紡織品生 產(chǎn)所需的陶瓷纖維。有機(jī)纖維在使用受 熱過程中燒除， 電弧法噴吹成纖工藝流程圖 典型產(chǎn)品：硅酸鋁非晶質(zhì)纖維典型產(chǎn)品：硅酸鋁非晶質(zhì)纖維 陶瓷纖維的制備方法陶瓷纖維的制備方法 陶瓷纖維的加工成型-電弧法 陶瓷纖維的加工成型-電阻法 電阻法噴吹成纖、干法針刺毯工藝電阻法甩絲成纖、干法

18、針刺毯工藝 典型產(chǎn)品：硅酸鋁非晶質(zhì)纖維典型產(chǎn)品：硅酸鋁非晶質(zhì)纖維 陶瓷纖維的加工成型-膠體法 膠體法制備陶瓷纖維的工藝路線 典型產(chǎn)品：多晶氧化鋁纖維典型產(chǎn)品：多晶氧化鋁纖維 陶瓷纖維的加工成型-溶膠-凝膠法 溶膠-凝膠法制備陶瓷纖維工藝路線 典型產(chǎn)品典型產(chǎn)品: : 多晶氧化鋯陶瓷纖維多晶氧化鋯陶瓷纖維 陶瓷纖維的加工成型-浸漬法 浸漬法制備陶瓷纖維工藝路線 典型產(chǎn)品：多晶氧化鋯陶瓷纖維典型產(chǎn)品：多晶氧化鋯陶瓷纖維 通過浸漬法，我們已經(jīng)制備得到了氧化鋯陶瓷布、氧化鈦 陶瓷布和氧化鋁陶瓷布。并可根據(jù)使用要求，適當(dāng)調(diào)控其成 分。 氧化鋯陶瓷纖維布氧化鈦陶瓷纖維布 氧化鋁陶瓷纖維布 陶瓷纖維的應(yīng)用-S

19、iCSiC纖維纖維 SiC陶瓷纖維具有高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、抗腐蝕、抗氧化、低密度等優(yōu)異性能， 與陶瓷基體具有良好的相容性，并且具有獨(dú)特的電磁波吸收特性，是先進(jìn)復(fù)合材料常 用的高性能增強(qiáng)纖維之一，在航天、航空、兵器等國防尖端科技領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用 前景。 二甲基而氯 硅烷 十二甲基環(huán) 已硅烷 有機(jī)硅聚合 物 有機(jī)硅纖維 SiC纖維 脫氯脫氯 反應(yīng)反應(yīng) 熔融紡絲熔融紡絲 熱處理熱處理 碳化硅纖維SiC 一、發(fā)展：陶瓷纖維的一種陶瓷纖維的一種 l1960年由美國空軍材料試驗室研制成功 l1966年生產(chǎn)得到連續(xù)纖維采用化學(xué)氣 相沉積法 l1975年，日本東北大學(xué)一教授開發(fā)了直接 從聚合物紡絲制成碳

20、化硅纖維燒結(jié)法 l1982年，國防科技大學(xué)制得SiC纖維 SiC纖維的制備方法 1. 化學(xué)氣相沉積法（CVD法） l美國AVCO公司生產(chǎn)的產(chǎn)品： lSCS-2用于鋁和鎂基體增強(qiáng)材料 lCSC-6用于鈦基體增強(qiáng) lCSC-8用于鋁基體增強(qiáng) 將基體絲連續(xù)通過玻璃管狀反應(yīng)器，并在加熱將基體絲連續(xù)通過玻璃管狀反應(yīng)器，并在加熱 到到1200 - 13001200 - 1300 C C的同時通入適量的氯硅烷與氫氣的的同時通入適量的氯硅烷與氫氣的 混合反應(yīng)氣體混合反應(yīng)氣體, ,反應(yīng)氣體在熱絲上發(fā)生熱解反應(yīng)生成反應(yīng)氣體在熱絲上發(fā)生熱解反應(yīng)生成 SiCSiC CH CH3 3 SiCl SiCl3 3 + H

21、+ H2 2 SiCSiC + + HClHCl + + 并沉積在熱絲上形成帶有芯（絲）材的連續(xù)并沉積在熱絲上形成帶有芯（絲）材的連續(xù)SiCSiC纖維纖維 SiC纖維的制備方法 l直徑：直徑：100 140 m； l抗張強(qiáng)度抗張強(qiáng)度：3500MPa 彈性模量：彈性模量：400GPa； 密度密度：3.0 3.4g/cm3 l狀態(tài)：連續(xù)單絲。狀態(tài)：連續(xù)單絲。 ）先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法 1975 1975 年由日本矢島教授首先研制成功。有年由日本矢島教授首先研制成功。有 NicalonNicalon（尼卡?。┠峥。?和和TyrannoTyranno（奇拉?。﹥煞N商品。奇拉?。﹥煞N商品。 纖維呈束

22、狀，每束纖維呈束狀，每束500500根左右，每根纖維根左右，每根纖維1010 m m左右。左右。 聚碳硅烷聚碳硅烷紡絲紡絲聚碳硅烷纖維聚碳硅烷纖維 N2下下高溫處理高溫處理NicalonNicalon（尼卡隆）尼卡?。?陶瓷纖維的應(yīng)用-Si3N4纖維纖維 氮化硅（氮化硅（Si3N4Si3N4）纖維不但具有優(yōu)越的力學(xué)性能，）纖維不但具有優(yōu)越的力學(xué)性能， 而且而且 還具有良好的耐熱沖擊性、高耐氧化性、高絕緣性以及還具有良好的耐熱沖擊性、高耐氧化性、高絕緣性以及 良好的彈性模量。良好的彈性模量。 它主要應(yīng)用于金屬陶瓷基復(fù)合材料的增強(qiáng)材料和防 熱功能復(fù)合材料的制備。 它一般采用先驅(qū)體聚合物熱解轉(zhuǎn)化法制

23、備氮化硅纖 維，也由聚合物（聚硅氮烷、聚碳硅氮烷等）合成、 紡絲、不熔化處理和高溫?zé)?4 步工序組成（在采用 干法紡絲工藝時，由于無須進(jìn)行不熔化處理可以簡化 為 3 步制備工序） 應(yīng)用領(lǐng)域：應(yīng)用領(lǐng)域： 氮化硼(BN) 纖維與某些無機(jī)纖維相比，具有 耐高溫、耐化學(xué)腐蝕、電熱性能好、耐輻射等 優(yōu)良特性。它的抗氧化溫度比碳纖維、硼纖維 的高。在惰性條件下2500度以上仍保持穩(wěn)定， 在氧化氣氛中850度仍是穩(wěn)定的。 （1）作為透波防熱材料； （2）作堿性電池隔膜； （3）作為耐高溫沖刷鋼水，水平連鑄分離環(huán)； （4）作復(fù)合紡織系列材料. 陶瓷纖維的應(yīng)用-氮化硼氮化硼(BN) (BN) 纖維纖維 氮化硼

24、(BN) 纖維工藝路線 應(yīng)用領(lǐng)域：應(yīng)用領(lǐng)域： 陶瓷纖維的發(fā)展與趨勢-國外發(fā)展趨勢 1,新的溶膠- 凝膠原料的開發(fā)-利于環(huán)境保護(hù),降低成本和提高纖維先驅(qū)體的 可加工性能方向發(fā)展 2,新的凝膠,纖維先驅(qū)體及纖維的制備工藝 3,具有新的化學(xué)成分的陶瓷纖維的制備及性能測試 4,復(fù)合纖維的研究 5,陶瓷纖維的表面改性 6,陶瓷纖維在復(fù)合材料中的應(yīng)用研究 7,超導(dǎo)陶瓷纖維的研究 氧化鋁纖維 一、發(fā)展一、發(fā)展 l陶瓷纖維的一種陶瓷纖維的一種，2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代開始發(fā)年代開始發(fā) 展，多晶體纖維展，多晶體纖維 l主要組分： lAl2O3為主要成分，還有SiO2、B2O3 lAl2O3含量大于70%氧化

25、鋁纖維 lAl2O3含量小于70%硅酸鋁纖維 氧化鋁纖維氧化鋁纖維制造方法制造方法 1.淤漿法：淤漿法：- -氧化鋁纖維氧化鋁纖維 l杜邦公司生產(chǎn)，商品名杜邦公司生產(chǎn)，商品名AluminaAlumina，AlAl2 2O O3 3 含量含量99.5%99.5%。 l - -氧化鋁粉末氧化鋁粉末(0.5(0.5m m) )+Al(OH)+Al(OH)3 3+Mg(Cl)+Mg(Cl)2 2混混 合液合液 干法紡絲干法紡絲 燒結(jié)處理燒結(jié)處理 通過通過 含硅氣體。含硅氣體。 (1300(1300) ) (1500 (1500) ) 制造方法制造方法 2. 溶膠法：溶膠法：-氧化鋁纖維氧化鋁纖維 l美

26、國3M公司生產(chǎn)，商品名Nextel 312 l組分：62%Al2O3、14%B2O3、24%SiO2 Al2O3+硅溶膠+硼酸 紡絲 預(yù)燒結(jié)(900 ) 高溫?zé)Y(jié)（1000 以上） 制造方法 3. 預(yù)聚合法： -氧化鋁纖維 l日本住友化學(xué)公司制備，商品名Altex l化學(xué)組分： 85%Al2O3、15%SiO2 l紡絲溶液 干法紡絲 燒結(jié)處理 (700-1200) 制造方法 4、卜內(nèi)門法：-氧化鋁纖維 l英國ICI公司生產(chǎn)，商品名賽非爾Saffil l鋁鹽水溶液+聚環(huán)氧乙烷+聚硅氧烷紡絲液 紡絲 燒結(jié) 氧化鋁纖維的性能比較 生 產(chǎn) 公 司 密度 g/cm3 纖維直 徑m 強(qiáng) 度 cN/dtex

27、 模 量 cN/dtex 熔 點 最高使 用溫度 杜邦法 Alumina 3.9515-253.5-5.2962.020451100 3M法 Nextel 2.50116.960020401300 卜內(nèi)門 Saffil 3.4033.0294.120401600 住友法 Altex 3.2098.125020401300 氧化鋁纖維的用途 l耐熱性好，電絕緣性好，表面活性好，可 與樹脂和金屬復(fù)合 l可以做耐火、隔熱、防火、摩擦制動、高 溫過濾、勞動保護(hù)等產(chǎn)品 Nicolon的性能和用途 1.拉伸強(qiáng)度大，彈性模量高拉伸強(qiáng)度大，彈性模量高 2.2.耐熱性好，氧化氣氛中也能使用，可作耐耐熱性好，氧化

28、氣氛中也能使用，可作耐 熱材料熱材料 3.3.耐藥品性優(yōu)異，可作耐腐蝕材料耐藥品性優(yōu)異，可作耐腐蝕材料 4.4.與金屬的反應(yīng)性好，浸漬性良好，可增強(qiáng)與金屬的反應(yīng)性好，浸漬性良好，可增強(qiáng) 鋁金屬基體，也可作陶瓷、樹脂增強(qiáng)材料鋁金屬基體，也可作陶瓷、樹脂增強(qiáng)材料 5.5.密度小，具有半導(dǎo)體性密度小，具有半導(dǎo)體性 陶瓷纖維和布 陶瓷增強(qiáng)復(fù)合材料 補(bǔ)充補(bǔ)充 硼纖維硼纖維 一、發(fā)展一、發(fā)展 先進(jìn)復(fù)合材料的增強(qiáng)材料先進(jìn)復(fù)合材料的增強(qiáng)材料 19111911年坦克塞柯（年坦克塞柯（TEXACOTEXACO）實驗公司用氣相沉積法）實驗公司用氣相沉積法 制得高強(qiáng)度、高模量、低密度的硼纖維；制得高強(qiáng)度、高模量、低密

29、度的硼纖維； 19591959年用硼的鹵化物還原法得到高強(qiáng)度無定形的硼年用硼的鹵化物還原法得到高強(qiáng)度無定形的硼 纖維；纖維； 19601960年美國空軍材料實驗室將硼纖維應(yīng)用于飛機(jī)結(jié)年美國空軍材料實驗室將硼纖維應(yīng)用于飛機(jī)結(jié) 構(gòu)件上。構(gòu)件上。 硼纖維 二、制造：化學(xué)氣相沉積法（二、制造：化學(xué)氣相沉積法（CVDCVD） 將所需金屬或非金屬的化合物鹽（主要為揮發(fā)將所需金屬或非金屬的化合物鹽（主要為揮發(fā) 性鹵化物）氣化，與性鹵化物）氣化，與H2H2等氣體一起加熱，并使等氣體一起加熱，并使 其與基體接觸。由于熱分解或還原反應(yīng)，就可其與基體接觸。由于熱分解或還原反應(yīng)，就可 以使金屬或化合物在基體上析出。以使金屬或化合物在基體上析出。 兩種方法：兩種方法： 1.1. 硼的氫化物（硼的氫化物（B B2 2H H6 6，B B5 5H H12 12）熱分解； ）熱分解； 2.2. 硼的鹵