17年專注硅酸鋁（陶瓷）耐火纖維的研發(fā)、制造、
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陶瓷纖維多孔隔熱材料，只需要很少的材料(纖維)就可以形成一個(gè)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，相比于陶瓷孔隙隔熱材料，陶瓷纖維隔熱材料具有輕質(zhì)、多孔、熱導(dǎo)率低、比熱容大的特性，并且可以承受很強(qiáng)的載荷。這種材料已經(jīng)被應(yīng)用在過濾分離、隔熱、生物醫(yī)學(xué)、復(fù)合材料等多個(gè)領(lǐng)域。以陶瓷纖維材料制備的隔熱材料為代表的可重復(fù)使用的熱防護(hù)結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外各類先進(jìn)飛行器的熱防護(hù)系統(tǒng)中，具有重要的應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展前景。
陶瓷纖維可分為二大類：非氧化物陶瓷纖維(如SiC纖維、C纖維)和氧化物(含復(fù)合氧化物)陶瓷纖維(如硅酸鋁纖維、Al2O3纖維)。
一、非氧化物陶瓷纖維
(1)碳化硅纖維。碳化硅(SiC)俗稱金剛砂、碳硅石，是一種以共價(jià)鍵結(jié)合的人工合成化合物�？捎没瘜W(xué)氣相沉積法、碳熱還原法、粉末燒結(jié)法以及先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法制備。純碳化硅是無色透明，工業(yè)中使用的碳化硅常常因?yàn)楹杏坞x鐵、硅、碳等雜質(zhì)而呈淺綠色或黑色。
由于碳化硅具有良好的高溫特性，如抗氧化性、高溫強(qiáng)度高及穩(wěn)定性、熱傳導(dǎo)性好、密度小、膨脹系數(shù)低、蠕變性小等特點(diǎn)，可將其用作高溫燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室、高溫噴嘴、渦輪的靜葉片等。由于碳化硅的高熱導(dǎo)性、絕緣性能好等特點(diǎn)，可將其作為冶金工業(yè)窯爐中的高溫?zé)峤粨Q器，以及大規(guī)模集成電路的基片和封裝材料等。利用其高硬度、耐磨損、耐酸堿腐蝕的性能，可在機(jī)械、化學(xué)等工業(yè)中制備機(jī)械密封材料，如滑動(dòng)軸承、閥片、風(fēng)機(jī)葉片和耐腐蝕的管道等。
碳化硅除了具有良好的物理性能以外，還具有優(yōu)良的化學(xué)性能。在非氧氣氣氛下，2300℃時(shí)碳化硅表面氣相中僅含硅5%.但當(dāng)碳化硅暴露在氧氣中達(dá)到1000℃時(shí)，表面就開始氧化，但碳化硅可以生成SiO2保護(hù)膜，阻止氧化反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。
(2)碳纖維。碳纖維是指纖維狀的碳材料，由有機(jī)纖維在惰性氣體中加熱到1000℃以上，形成的碳含量占90%以上的纖維狀碳材料。碳纖維是一種新型無機(jī)材料，它的密度為1.5-2g/cm3，是鋼密度的1/4、鋁合金密度的1/2，強(qiáng)度卻比鋼大4、5倍。其熱膨脹系數(shù)小，抗熱震性好，從幾千攝氏度的高溫突然降到常溫也不會(huì)炸裂，同時(shí)具有良好的潤滑性及導(dǎo)電性。碳纖維的化學(xué)性質(zhì)與碳相似，對一般堿性是惰性的，并且在液氮溫度下也不會(huì)脆化。在非氧環(huán)境下，即使3000℃的高溫也不熔化，但在空氣氣氛下，溫度高于400℃時(shí)就會(huì)出現(xiàn)明顯的氧化現(xiàn)象，生成CO與CO2。因此碳纖維可以大幅度減輕構(gòu)件結(jié)構(gòu)重量，提高技術(shù)性能，使得其大范圍的應(yīng)用在航空航天飛行器上。
依據(jù)所采用的原料不同，可將碳纖維可分為聚丙烯腈基碳纖維，瀝青基碳纖維和纖維素基碳纖維、酚醛基碳纖維四種。應(yīng)用較普遍的碳纖維主要是聚丙烯腈碳纖維和瀝青碳纖維。
二、氧化物陶瓷纖維
(1)硅酸鋁纖維。硅酸鋁纖維形狀和顏色同棉花相似，是一種非晶體陶瓷纖維，主要由氧化鋁和二氧化硅組成，有時(shí)還含有少量的氧化鐵、二氧化鈦、氧化鈣等物質(zhì)。根據(jù)組成物質(zhì)及含量的不同，可分為四類：標(biāo)準(zhǔn)(普通)硅酸鋁纖維、高純硅酸鋁纖維、高純含鋁硅酸鋁纖維和高純含鋯硅酸鋁纖維，其各組分含量如表1-2所示。
表1 四類硅酸鋁纖維的分類及化學(xué)組成
硅酸鋁纖維直徑1-10μm，長度為5-25cm，耐溫性、隔熱性、吸音性均較好，并且蓄熱小、導(dǎo)熱系數(shù)低、抗機(jī)械振動(dòng)能力強(qiáng)，使用溫度可達(dá)1200℃，密度卻僅為0.096-0.128g/cm3。在其中加入CrO2后，由于CrO2阻止了纖維間接觸部位的晶體析出和長大，可以提高纖維抗高溫收縮性能，并使使用溫度達(dá)到1400℃。硅酸鋁纖維復(fù)合材料可以制成毯、氈、紙、板等形狀，目前已廣泛應(yīng)用于化工、機(jī)械等熱能設(shè)備的保溫及火箭發(fā)動(dòng)機(jī)部件的隔熱層等。
(2)石英纖維。石英纖維是指雜志含量低于0.1%，纖維直徑在0.7-15μm的高純度特種二氧化硅玻璃纖維。其具有很高的耐熱性，長期穩(wěn)定的使用溫度為1050℃，瞬間耐溫高達(dá)1700℃。除此之外，石英纖維具有耐腐蝕性，高溫下強(qiáng)度保持率高、尺寸穩(wěn)定、抗熱震性好、化學(xué)穩(wěn)定性高，此外還具有卓越的電絕緣性能，它的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗系數(shù)在所有礦物纖維中是最優(yōu)秀的，而且制作成本比碳化硅纖維低許多。此，石英纖維在國防軍事和航空航天工業(yè)中具有重要用途，可用于制造航天熱防護(hù)系統(tǒng)。
石英纖維分為連續(xù)石英玻璃纖維和石英玻璃棉。連續(xù)石英玻璃纖維是指石英玻璃被熔融后，由外力拉引而成的長纖維。一般其單絲直徑在3-10μm，可以紡織加工成石英玻璃纖維紗、布等。石英玻璃棉是指采用高壓氣流噴吹石英玻璃熔融體而得到的一種長短不均的石英玻璃纖維，其形態(tài)蓬松，類似棉絮。一般纖維直徑小于3μm的稱超細(xì)棉，直徑為3-5μm的稱細(xì)棉。
(3) 莫來石纖維。莫來石是氧化硅、氧化鋁二元體系中，唯一能夠在常溫常壓下穩(wěn)定存在的二元化合物，化學(xué)式為3Al2O3·2SiO2，其相圖如1所示。
圖1 莫來石材料相圖
莫來石纖維是一種多晶結(jié)構(gòu)的纖維，主晶相為莫來石微晶，作為氧化硅和氧化鋁二元體系中唯一的穩(wěn)定相，其活性低，再結(jié)晶能力較差，因此莫來石纖維具有較好的耐高溫性能，使用溫度可達(dá)到1500℃，但當(dāng)溫度高于1500℃時(shí)，其晶粒也會(huì)長大，使其喪失高溫力學(xué)性能，當(dāng)溫度達(dá)到1830℃左右時(shí)，會(huì)迅速分解為氧化鋁和液相。莫來石纖維受熱時(shí)膨脹均勻，抗熱震穩(wěn)定性能極好，熱導(dǎo)率低，在高溫下不易發(fā)生蠕變，不僅能夠保持良好的彈性，收縮也比較小，且材料本身化學(xué)穩(wěn)定性好，不易受到腐蝕，因此作為新型超輕質(zhì)高溫耐熱纖維材料，被廣泛用于各種高溫產(chǎn)品及熱防護(hù)系統(tǒng)中。但是莫來石纖維的常溫力學(xué)性能不佳，成為制約該材料實(shí)用化的一大障礙。
(4)氧化鋁纖維。氧化鋁纖維是一種多晶陶瓷纖維，具有長纖、短纖、晶須等多種形式。它以Al2O3為主要成分，有時(shí)會(huì)含有一定量的添加劑，如二氧化硅、氮化硼、氧化鋯、氧化鐵、氧化鎂等。氧化鋁纖維直徑10-20μm，密度2.7-4.2g/cm3，具有較高的機(jī)械性能，抗拉強(qiáng)度1.4-2.45GPa，抗拉模量190-385GPa。
其具有良好的耐化學(xué)腐蝕性、耐氧化、耐高溫性，并有高的化學(xué)穩(wěn)定性和較低的熱膨脹系數(shù)，熔點(diǎn)2050℃，可以在1500℃高溫下長期使用。
化鋁短纖維主要用于高溫絕熱材料，長纖維用于增強(qiáng)復(fù)合材料，晶須則具有較高的強(qiáng)度和一些特殊的磁學(xué)、電學(xué)、光學(xué)性能，應(yīng)用于功能材料之中。氧化鋁纖維表面活性好，與金屬、陶瓷等基體材料易于復(fù)合，加之較高的使用溫度，使得其在一般工業(yè)與高科技領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用，可用于高溫窯爐、熱工設(shè)備、核反應(yīng)堆及航天飛機(jī)的保溫隔熱材料等。美國在“哥倫比亞”號(hào)航天飛機(jī)上將氧化鋁纖維當(dāng)做隔熱板襯墊使用，當(dāng)航天飛機(jī)在大氣層飛行時(shí)，隔熱板襯墊可以防止熱量通過隔熱板之間的縫隙進(jìn)入防熱罩。氧化鋁纖維在軍工、航天航空上具有重要的戰(zhàn)略意義、巨大的商業(yè)價(jià)值，吸引了許多國家投入大量人力、物力和財(cái)力進(jìn)行研制開發(fā)與利用。但氧化鋁纖維密度較大，熱導(dǎo)率較高，限制了它的進(jìn)一步應(yīng)用。
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