氧化鋯纖維制品制備

1、1氧化鋯纖維制品的制備及其應(yīng)用氧化鋯纖維制品的制備及其應(yīng)用 2/202主要內(nèi)容主要內(nèi)容氧化鋯纖維制品在高效電爐中的應(yīng)用氧化鋯纖維制品在高效電爐中的應(yīng)用氧化鋯纖維制品氧化鋯纖維制品氧化鋯纖維的制備氧化鋯纖維的制備概述概述3/2031. 1. 概述概述 氧化鋯纖維是一種多晶陶瓷纖維氧化鋯纖維是一種多晶陶瓷纖維, ,是唯一能滿(mǎn)足是唯一能滿(mǎn)足15001500C C以上超高溫以上超高溫氧化氣氛下長(zhǎng)期使用的高檔輕質(zhì)耐火纖維材料。它除具有一般陶瓷纖維氧化氣氛下長(zhǎng)期使用的高檔輕質(zhì)耐火纖維材料。它除具有一般陶瓷纖維的特性外的特性外, , 還具有還具有熔點(diǎn)高熔點(diǎn)高(2600 (2600 ) )、耐高溫、耐高溫(2

2、200 (2200 ) )、抗氧化、耐腐、抗氧化、耐腐蝕、熱傳導(dǎo)率低蝕、熱傳導(dǎo)率低等優(yōu)良特性等優(yōu)良特性, , 在無(wú)機(jī)纖維材料中占有特殊的位置在無(wú)機(jī)纖維材料中占有特殊的位置, , 是一是一種高性能的隔熱和耐腐蝕材料種高性能的隔熱和耐腐蝕材料, , 在航空航天、原子能、冶金和石油化工、在航空航天、原子能、冶金和石油化工、交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。1.1 1.1 氧化鋯纖維簡(jiǎn)介氧化鋯纖維簡(jiǎn)介氧化鋯纖維可分為短纖維和連續(xù)纖維，短纖維一般指長(zhǎng)度為厘米、氧化鋯纖維可分為短纖維和連續(xù)纖維，短纖維一般指長(zhǎng)度為厘米、毫米或微米的纖維，強(qiáng)度一般不高；連續(xù)纖維一般指長(zhǎng)度大于毫米

3、或微米的纖維，強(qiáng)度一般不高；連續(xù)纖維一般指長(zhǎng)度大于1 1米的纖米的纖維，強(qiáng)度高，韌性好，并可以實(shí)現(xiàn)三維編織，在復(fù)合增強(qiáng)材料方面更維，強(qiáng)度高，韌性好，并可以實(shí)現(xiàn)三維編織，在復(fù)合增強(qiáng)材料方面更具有優(yōu)勢(shì)。具有優(yōu)勢(shì)。4/2041. 1. 概述概述 r r纖維的纖維的SEMSEM 照片照片r r纖維制品纖維制品5/2051. 1. 概述概述 1.2 1.2 氧化鋯纖維性能氧化鋯纖維性能1.2.1 1.2.1 高溫性能高溫性能氧化鋯具有很好的高溫性能氧化鋯具有很好的高溫性能, , 在溫度高達(dá)在溫度高達(dá)2480 2480 時(shí)仍可保持其纖維形態(tài)時(shí)仍可保持其纖維形態(tài), , 1400 1400 左右仍具有可繞性。

4、氧化鋯纖維使用溫度可達(dá)氧化鋁的熔點(diǎn)以上左右仍具有可繞性。氧化鋯纖維使用溫度可達(dá)氧化鋁的熔點(diǎn)以上, , 最高最高可達(dá)可達(dá)2200 2200 , , 不僅適用于氧化氣氛不僅適用于氧化氣氛, , 而且可在還原氣氛和真空下使用。而且可在還原氣氛和真空下使用。1.2.2 1.2.2 隔熱性能隔熱性能氧化鋯具有低導(dǎo)熱系數(shù)氧化鋯具有低導(dǎo)熱系數(shù), , 氧化鋯纖維的導(dǎo)熱性如同大多數(shù)陶瓷纖維一樣氧化鋯纖維的導(dǎo)熱性如同大多數(shù)陶瓷纖維一樣, , 主要取決其松散性主要取決其松散性, , 氧化鋯纖維的低密度提供了最有效的隔熱性能。氧化鋯纖維的低密度提供了最有效的隔熱性能。1.2.3 1.2.3 耐腐蝕性能耐腐蝕性能氧化鋯

5、纖維具有優(yōu)異的耐腐蝕性能氧化鋯纖維具有優(yōu)異的耐腐蝕性能, , 對(duì)強(qiáng)腐蝕性的化學(xué)藥品有極大的反應(yīng)對(duì)強(qiáng)腐蝕性的化學(xué)藥品有極大的反應(yīng)惰性惰性, , 氧化鋯纖維對(duì)溫度高達(dá)氧化鋯纖維對(duì)溫度高達(dá)700 700 的熔融堿金屬的氯化物和碳酸鹽以及的熔融堿金屬的氯化物和碳酸鹽以及230 230 的堿金屬的氫氧化物水溶液有特殊的耐腐蝕能力的堿金屬的氫氧化物水溶液有特殊的耐腐蝕能力, , 例如將氧化鋯纖維在例如將氧化鋯纖維在40%40%的的KOHKOH溶液中煮沸溶液中煮沸1 h, 1 h, 損失小于損失小于0.5%0.5%。氧化鋯纖維對(duì)絕大多數(shù)熔融金屬如銅、。氧化鋯纖維對(duì)絕大多數(shù)熔融金屬如銅、鋁、鐵、鋼等不浸潤(rùn)鋁、

6、鐵、鋼等不浸潤(rùn), , 因此長(zhǎng)期接觸金屬后很少發(fā)生反應(yīng)或污染因此長(zhǎng)期接觸金屬后很少發(fā)生反應(yīng)或污染, , 另外另外, , 氧化氧化鋯纖維暴露在無(wú)機(jī)酸中鋯纖維暴露在無(wú)機(jī)酸中, , 在達(dá)到沸點(diǎn)時(shí)能夠短時(shí)間不發(fā)生反應(yīng)。在達(dá)到沸點(diǎn)時(shí)能夠短時(shí)間不發(fā)生反應(yīng)。6/2062.2.氧化鋯纖維的制備氧化鋯纖維的制備由于氧化銘的高熔點(diǎn)和熔體的低粘度特性由于氧化銘的高熔點(diǎn)和熔體的低粘度特性, ,不能采用象硅酸鋁及高鋁不能采用象硅酸鋁及高鋁陶瓷纖維那樣的熔融制絲法陶瓷纖維那樣的熔融制絲法, ,而只能采用前驅(qū)體法來(lái)制造而只能采用前驅(qū)體法來(lái)制造, ,主要有主要有載體法、載體法、無(wú)機(jī)鹽法和溶膠凝膠法。無(wú)機(jī)鹽法和溶膠凝膠法。 圖2

7、-1 載體法制備氧化鋯纖維工藝流程圖2.1 2.1 載體法載體法7/207 2. 2.氧化鋯纖維的制備氧化鋯纖維的制備圖2-2 無(wú)機(jī)鹽法制備氧化鋯纖維工藝流程圖2.2 2.2 無(wú)機(jī)鹽法無(wú)機(jī)鹽法2.3 2.3 溶膠溶膠凝膠法凝膠法該法是以醋酸鋯或鋯的醇鹽為原料該法是以醋酸鋯或鋯的醇鹽為原料, ,通過(guò)加水分解、蒸發(fā)、縮聚通過(guò)加水分解、蒸發(fā)、縮聚等制成一定粘度的等制成一定粘度的ZrOZrO2 2溶膠紡絲液溶膠紡絲液, ,采用與無(wú)機(jī)鹽法相同的纖維化方采用與無(wú)機(jī)鹽法相同的纖維化方法制成凝膠纖維法制成凝膠纖維, ,干燥、熱處理制成氧化鋯纖維。干燥、熱處理制成氧化鋯纖維。8/208 2. 2.氧化鋯纖維的制

8、備氧化鋯纖維的制備聚鋯前驅(qū)體纖維聚鋯前驅(qū)體纖維熱處理后的熱處理后的r r纖維纖維9/2093. 3. 氧化鋯纖維制品氧化鋯纖維制品 氧氧化化鋯鋯纖纖維維制制品品氧化鋯纖維氈氧化鋯纖維氈剛性氧化鋯纖維制品剛性氧化鋯纖維制品氧化鋯纖維紙氧化鋯纖維紙氧化鋯纖維布氧化鋯纖維布10/20103. 3. 氧化鋯纖維制品氧化鋯纖維制品 3.1 3.1 氧化鋯纖維氈氧化鋯纖維氈氧化鋯纖維氈是用有機(jī)短纖維經(jīng)針刺制成氧化鋯纖維氈是用有機(jī)短纖維經(jīng)針刺制成有機(jī)纖維氈為先驅(qū)體有機(jī)纖維氈為先驅(qū)體, , 浸漬鋯鹽溶液浸漬鋯鹽溶液, , 經(jīng)熱經(jīng)熱處理而得到的具有原有機(jī)纖維氈形貌的氧化處理而得到的具有原有機(jī)纖維氈形貌的氧化鋯纖

9、維氈。其制備工藝與氧化鋯纖維的制備鋯纖維氈。其制備工藝與氧化鋯纖維的制備工藝相同工藝相同, , 氧化鋯纖維氈主要氧化鋯纖維氈主要用于晶體生長(zhǎng)用于晶體生長(zhǎng)爐的的隔熱爐的的隔熱, , 在晶體生長(zhǎng)爐中的使用溫度高在晶體生長(zhǎng)爐中的使用溫度高達(dá)達(dá)1920 1920 , , 仍保持纖維氈形態(tài)仍保持纖維氈形態(tài), , 起到了極好起到了極好的隔熱作用。的隔熱作用。在激光單晶生長(zhǎng)爐中使用氧化鋯纖維氈做在激光單晶生長(zhǎng)爐中使用氧化鋯纖維氈做隔熱材料隔熱材料, , 可以降低能耗可以降低能耗, , 有利于貴金屬銥有利于貴金屬銥的回收的回收, , 可以保證晶體生長(zhǎng)爐的溫場(chǎng)穩(wěn)定性可以保證晶體生長(zhǎng)爐的溫場(chǎng)穩(wěn)定性, , 提高晶體

10、生長(zhǎng)的成品率及晶體的光學(xué)質(zhì)量。提高晶體生長(zhǎng)的成品率及晶體的光學(xué)質(zhì)量。圖圖3-1 3-1 藍(lán)寶石爐用氧化鋯纖維藍(lán)寶石爐用氧化鋯纖維隔熱側(cè)屏隔熱側(cè)屏11/20113. 3. 氧化鋯纖維制品氧化鋯纖維制品 3.2 3.2 剛性氧化鋯纖維制品剛性氧化鋯纖維制品該制品是用氧化鋯纖維為原料該制品是用氧化鋯纖維為原料, , 經(jīng)短切并經(jīng)短切并加入低溫、高溫結(jié)合劑制成水性懸浮液加入低溫、高溫結(jié)合劑制成水性懸浮液, , 最后最后經(jīng)成型燒成而成。制品有氧化鋯纖維板、筒、經(jīng)成型燒成而成。制品有氧化鋯纖維板、筒、罩、異型制品等罩、異型制品等, , 可機(jī)械加工。制備氧化鋯纖可機(jī)械加工。制備氧化鋯纖維制品的維制品的關(guān)鍵為氧

11、化鋯纖維懸浮液的制備及成關(guān)鍵為氧化鋯纖維懸浮液的制備及成型模具的設(shè)計(jì)型模具的設(shè)計(jì), , 為了使成型后制品有一定的強(qiáng)為了使成型后制品有一定的強(qiáng)度度, , 能夠自支撐能夠自支撐, , 要加入低溫結(jié)合劑要加入低溫結(jié)合劑, , 結(jié)合劑結(jié)合劑要選擇水溶性的要選擇水溶性的, , 如聚乙烯醇、甲基纖維素等。如聚乙烯醇、甲基纖維素等。高溫強(qiáng)度靠加入高溫結(jié)合劑提供高溫強(qiáng)度靠加入高溫結(jié)合劑提供, , 可供選擇的可供選擇的有硅溶膠、鋁溶膠、鋯溶膠等。用硅溶膠作為有硅溶膠、鋁溶膠、鋯溶膠等。用硅溶膠作為高溫結(jié)合劑的制品使用溫度較低高溫結(jié)合劑的制品使用溫度較低, , 一般使用溫一般使用溫度為度為1650 1650 左右

12、。而添加鋯溶膠做結(jié)合劑的左右。而添加鋯溶膠做結(jié)合劑的纖維制品纖維制品, , 其使用溫度可達(dá)其使用溫度可達(dá)2000 2000 。因工藝。因工藝需要需要, , 在懸浮液中還應(yīng)加入分散劑等在懸浮液中還應(yīng)加入分散劑等, , 以利成以利成型操作。成型模具應(yīng)設(shè)計(jì)成阻力小的微孔結(jié)構(gòu)。型操作。成型模具應(yīng)設(shè)計(jì)成阻力小的微孔結(jié)構(gòu)。圖圖3-2 3-2 氧化鋯纖維板氧化鋯纖維板圖圖3-3 3-3 氧化鋯異形制品氧化鋯異形制品12/20123. 3. 氧化鋯纖維制品氧化鋯纖維制品 3.3 3.3 氧化鋯纖維紙氧化鋯纖維紙氧化鋯纖維紙是用氧化鋯纖維經(jīng)分散氧化鋯纖維紙是用氧化鋯纖維經(jīng)分散, , 加入粘接劑加入粘接劑, ,

13、必要時(shí)可加必要時(shí)可加入其他纖維或晶須入其他纖維或晶須, , 經(jīng)抄紙工藝而制成氧化鋯纖維紙主要用于經(jīng)抄紙工藝而制成氧化鋯纖維紙主要用于堿性電堿性電池的隔膜池的隔膜, , 這是因?yàn)檠趸喞w維具有優(yōu)異的這是因?yàn)檠趸喞w維具有優(yōu)異的耐腐蝕性能和耐高溫性能耐腐蝕性能和耐高溫性能。使用氧化鋯纖維紙作堿性電池隔膜比常用的石棉紙、玻纖紙及尼龍隔使用氧化鋯纖維紙作堿性電池隔膜比常用的石棉紙、玻纖紙及尼龍隔膜性能優(yōu)越膜性能優(yōu)越, , 壽命長(zhǎng)。壽命長(zhǎng)。圖圖3-4 3-4 氧化鋯纖維紙氧化鋯纖維紙但是但是, , 目前我國(guó)生產(chǎn)的氧化鋯纖維目前我國(guó)生產(chǎn)的氧化鋯纖維由于其本身性能尚有差距由于其本身性能尚有差距, , 如強(qiáng)度

14、低、如強(qiáng)度低、脆性大等脆性大等, , 還不能抄制出純氧化鋯纖維還不能抄制出純氧化鋯纖維紙紙, , 不得不混入諸如石棉、玻纖等纖維不得不混入諸如石棉、玻纖等纖維, , 這就帶入了這些纖維的缺點(diǎn)這就帶入了這些纖維的缺點(diǎn), , 因此因此, , 雖雖然性能有所提高然性能有所提高, , 但還不能完全滿(mǎn)足堿但還不能完全滿(mǎn)足堿性電池的需要。這就促使我們研制純氧性電池的需要。這就促使我們研制純氧化鋯纖維的氧化鋯布作為電池隔膜?；喞w維的氧化鋯布作為電池隔膜。13/20133. 氧化鋯纖維制品氧化鋯纖維制品 3.4 3.4 氧化鋯纖維布氧化鋯纖維布氧化鋯纖維布是用特種有機(jī)纖維氧化鋯纖維布是用特種有機(jī)纖維, ,

15、經(jīng)設(shè)計(jì)編織經(jīng)設(shè)計(jì)編織成具有特殊結(jié)構(gòu)的有機(jī)纖維布做前驅(qū)體成具有特殊結(jié)構(gòu)的有機(jī)纖維布做前驅(qū)體, , 浸漬穩(wěn)定浸漬穩(wěn)定化的鋯鹽溶液化的鋯鹽溶液, , 經(jīng)過(guò)與制備氧化鋯纖維相同的工藝經(jīng)過(guò)與制備氧化鋯纖維相同的工藝, , 最后在特定氣氛及熱處理工藝條件下煅燒而成。它最后在特定氣氛及熱處理工藝條件下煅燒而成。它具有普通布的外觀特點(diǎn)具有普通布的外觀特點(diǎn), , 平整、柔軟平整、柔軟, , 具有一定的具有一定的強(qiáng)度。氧化鋯纖維布主要用作強(qiáng)度。氧化鋯纖維布主要用作高能高能Ni-H2 Ni-H2 電池隔膜電池隔膜。氧化鋯纖維布膜是目前國(guó)際上最先進(jìn)的航天用電池氧化鋯纖維布膜是目前國(guó)際上最先進(jìn)的航天用電池隔膜隔膜, ,

16、 它具有它具有良好的耐堿、耐熱和抗氧化性能良好的耐堿、耐熱和抗氧化性能, ,而而且透氣性好且透氣性好, ,吸堿率高吸堿率高, ,面電阻小面電阻小等特點(diǎn)。使用氧化等特點(diǎn)。使用氧化鋯纖維布作衛(wèi)星電池隔膜鋯纖維布作衛(wèi)星電池隔膜, ,可提高電池性能，增加可提高電池性能，增加電池壽命，延長(zhǎng)衛(wèi)星的使用壽命。電池壽命，延長(zhǎng)衛(wèi)星的使用壽命。氧化鋯纖維布還可做高溫電解槽的隔膜氧化鋯纖維布還可做高溫電解槽的隔膜, , 可使電解槽的溫度由可使電解槽的溫度由60 60 8080提高到提高到160 160 200 200 , , 從而使電解能耗大幅度下降從而使電解能耗大幅度下降, , 電解效率增加。電解效率增加。氧化鋯纖維布是理想的燒結(jié)電子陶瓷氧化鋯纖維布是理想的燒結(jié)電子陶瓷, , 如如PTCPTC的鋪墊隔熱材料的鋪墊隔熱材料, , 它還可它還可用于超高溫復(fù)雜情況下的外包隔熱及用于高溫強(qiáng)腐蝕介質(zhì)過(guò)濾等。用于超高溫復(fù)雜情況下的外包隔熱及用于高溫強(qiáng)腐蝕介質(zhì)過(guò)濾等。圖圖3-5 3-5 氧化鋯纖維布氧化鋯纖維布14/203. 氧化鋯纖維制品氧化鋯纖維制品 圖圖3-6 3-6 氧化鋯纖維復(fù)合材料全纖維爐膛高溫電爐氧化鋯纖維復(fù)合材料全纖維爐膛高溫電爐15