探究氧化锆纤维制备、应用一 文全收录     DATE: 2019-10-03 14:47

  氧化锆(ZrO2)纤维是一种多晶无机耐火纤维,耐高温(熔点高达2700℃)、抗氧化、耐酸碱腐蚀、化学性能稳定、隔热性能优异,且常温下绝缘而高温下导电,因此氧化锆纤维及其制品纤维板、纤维布、纤维毡等在航空航天、原子能、○▲冶金和石油化工等行业有着极大的应用需求。

  目前,常见的制备氧化锆纤维按成型工艺有:溶液浸渍法、溶液喷丝热解法、溶液静电纺丝法、胶体拉丝法、胶体甩丝法、泥浆挤丝法等。

  该方法制作方便,原料易得。可以直接制备毡和纸,而不需要另外纺织工艺,此外,生产时占地面积小。但是粘胶丝浸在溶液中得到前驱体,颗粒填充于粘胶丝气孔中的几率是随机的,★-●△▪️▲□△▽前驱体中的含量较低,有机成分含量较高,在烧结过程中体积收缩大,工艺控制复杂,有时得到的纤维颗粒不够均匀,气孔率较高。

  该方法采用具有一定粘度、●表面张力小的锆盐溶液作为成丝材料,通过喷嘴将溶液喷入热空气中,喷出的溶液由于具有一定的粘度,◆▼在热空气中运动时能保持丝状,同时丝状溶液中的溶剂发生蒸发,★▽…◇从而获得氧化锆纤维。

  静电纺丝已经被认为是非常简单和高效的制造纳米纤维的方法。聚合物溶液或熔体、有机无机溶胶或纳米复合材料,在具有适当的弹性粘度条件下,大都可以通过静电纺丝的方法制备纳米或亚微米级超细纤维。

  用此法制备氧化锆纤维适用于连续氧化锆纤维的制备,在一定的牵引力下将有一定粘度的液体拉制出细丝,此法可以制备出连续氧化锆纤维。

  拉丝工艺对溶液要求很高,而且当纤维中溶剂挥发后,纤维失去柔韧性,容易断裂。▲★-●

  将粘性液体置于高速离心机中,在高速离心力作用下,流体通过特制的细孔,由于流体本身具有一定的粘性,形成细的纤维状细丝,德国公司的专利是将有一定粘度的有机聚合物与水溶性锆盐的混合溶液,通过高速离心机离心甩制成氧化锆纤维。

  此法产量高,成品中渣球量少,对原料本身性能要求不太高,适合大规模生产。但是所得纤维中有机物含量很高,而且加热时产生很多腐蚀性气体。

  泥浆挤丝法制备氧化锆陶瓷纤维是将有机粘结剂与粒径在50nm一1um范围内的氧化锆微粒均匀混合后挤出成泥条,再进行高温烧成制得氧化锆陶瓷纤维。极速快三投注平台

  泥浆挤丝法制备氧化锆陶瓷纤维要求氧化锆粉体颗粒细小,尺寸均匀,制备的纤维直径比较粗,而且制备成的氧化锆纤维中含有大量的有机物,高温处理后所得的氧化锆纤维陶瓷往往含有大量气孔。

  氧化锆纤维的强度与其结构状况息息相关。由于氧化锆纤维为多晶陶瓷结构,由大量的晶粒堆积排列而成,△▪️▲□△因此纤维的强度大小将取决于以下几种本征因素:结构缺陷的多少、晶粒烧结的程度、晶界杂质状况、晶相组成、晶粒大小、均匀性和排列取向、纤维直径等等。

  前驱体纺丝液的可纺性好坏是决定纤维能否连续的关键,而在有机聚锆法制备氧化锆纤维中,纺丝液可纺性的好坏主要取决于含锆聚合物分子的特性如聚合度、分子量范围、是否为直链线型分子等。

  氧化锆纤维的直径主要取决于纺丝所得前驱体纤维的直径,而前驱体纤维的直径则受纺丝工艺的影响。在合适的纺丝技术参数范围内,减小喷丝孔径、降低纺丝液粘度、提高纺丝压力和纺丝速度,可以降低前驱体纤维的直径。

  纤维的密度主要受气孔率的影响,气孔率越低,纤维烧结的越致密,则其表观密度越接近于其真密度。不同晶相的氧化锆,其密度不同,立方相和四方相氧化锆的密度相对较大,分别约为6.11g/cm3和6.06g/cm3,而单斜相的密度相对最小,约5.68g/cm3。与其他纤维相比,氧化锆纤维的密度稍高,是其不足之处。

  纤维的透明性主要取决于纤维的晶粒粒径,以及气孔和微裂缝等缺陷的尺寸和数量等。前期热处理时升温越快,可分解物脱出越急剧,形成的气孔和微观裂缝就越多;后期高温烧结时间越长,晶粒长的越大,▼▼▽●▽●2种情况都是导致纤维不透明的主要原因。

  晶粒在高温烧结时会逐渐长大,粒径大小与烧结温度的高低和烧结时间的长短有重要关系。

  晶粒的过度长大会严重恶化纤维性能,因而在保证晶粒充分烧结的条件下,应尽量缩短烧结时间,以避免晶粒的过度长大。高压环境和晶粒生长抑制剂如Al2O3等可以在一定程度上抑制晶粒的长大。

  可以用于航天飞机、航天器用绝热与结构增强材料;如先进航天飞机的超高温表面绝热材料及特殊防热结构的高性能绝热材料,各种载人飞行器的超高温复合材料,如航天器的前锥体和翼前缘的结构、烧蚀、超高温绝热材料等。

  美国进行氧化锆材料研究的Zircar公司于20世纪60年代首先开发研制出氧化锆纤维材料,研究发现,它所具有的优良性能使其特别适合用作高压镍氢电池的隔膜材料,并已将其产业化成功应用于卫星等航天器中。◇▲=○▼=△▲

  氧化锆纤维是超高温条件下理想的绝热保温材料,•☆■▲因此广泛应用于各种高温炉的炉衬绝热保温等。氧化锆纤维可以加工成或制造成各种制品,主要包括氧化锆纤维毡、氧化锆纤维纸、氧化锆纤维布及刚性氧化锆纤维制品等,根据其形态的不同,☆△◆▲■可以在不同的环境下使用。例如空间熔炼炉、原子能反应堆、工业窑炉用超高温隔热材料。

  氧化锆纤维可以与许多金属或合金复合,制备宽温度范围使用的超强金属基复合材料。★△◁◁▽▼

  如氧化锆纤维与氮化物复合材料能有效提高材料的热性能。▪️•★与玻璃复合,制成高强绝热玻璃。▲●

  可以作为催化反应膜材料,用于高温化学反应催化剂载体和汽车尾气净化载体。也能作为通讯卫星高能电池用隔膜、支撑体及隔热材料。氧化锆纤维还用于气体、液体分离和纯化,氧气含量测定等。

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