輕松讀懂氧化鋯纖維

　　一、氧化鋯纖維

　　氧化鋯纖維是耐火纖維的一種。耐火纖維具有耐高溫、熱穩(wěn)定性好、熱導(dǎo)率低、熱容小和耐機(jī)械震動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)纖維的微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)，耐火纖維可以分為非晶質(zhì)纖維和晶質(zhì)纖維。非晶質(zhì)類陶瓷纖維主要是由玻璃態(tài)物質(zhì)構(gòu)成，如玻璃纖維和硅酸鋁纖維，而晶質(zhì)陶瓷纖維一般為多晶態(tài)微觀結(jié)構(gòu)，如氧化鋁纖維，莫來石纖維和氧化鋯纖維。人們?cè)缙陉P(guān)注的是莫來石纖維和氧化鋁纖維，后來發(fā)現(xiàn)氧化鋯纖維具有比硅鋁質(zhì)耐火纖維更為優(yōu)越的性能熔點(diǎn)高（2700℃）、抗氧化、耐腐蝕、熱傳導(dǎo)率低，在大氣中，2200℃時(shí)仍保持完整的纖維形態(tài)，因此，氧化鋯纖維及制品也被認(rèn)為是極好的耐火纖維材料。硅酸鋁纖維質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，因此硅酸鋁纖維廣泛應(yīng)用于連續(xù)加熱的高溫爐，可實(shí)現(xiàn)爐體結(jié)構(gòu)輕型化、大型化，有效節(jié)約能源，是理想的節(jié)能增效材料。此外硅酸鋁纖維還具有絕緣、消音、抗氧化、耐油和耐水性能，施工方便，因此在冶金、建材、石油、化工、船舶、電力、航天等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

　　二、氧化鋯的基本性質(zhì)及晶型轉(zhuǎn)變

　　氧化鋯（ZrO₂）是高熔點(diǎn)的金屬氧化物，相對(duì)分子量為123.22，具有很高的熔點(diǎn)（2700℃）和化學(xué)惰性，氧化鋯不溶于水、硫酸、鹽酸和硝酸，加熱時(shí)微溶于氫氟酸和濃硫酸。因此可以用作為耐火材料。

　　純氧化鋯有三種同質(zhì)異形體：?jiǎn)涡毕嘌趸啠╩-ZrO₂）、四方相氧化鋯（t-ZrO₂）、立方相氧化鋯（c-ZrO₂）。三種晶型的氧化鋯密度分別為5.65g/cm³，6.10g/cm³和6.27g/cm³。這三種晶型在一定條件下，可以發(fā)生相互轉(zhuǎn)變。四方相ZrO₂與單斜相ZrO₂之間的相變稱為馬氏體相變，相變過程中發(fā)生的體積變化使得氧化鋯具有增韌效果。氧化鋯的三種晶型及轉(zhuǎn)變?nèi)缦滤荆?/p>

氧化鋯的三種晶型及轉(zhuǎn)變

　　三、氧化鋯纖維的制備

　　氧化鋯纖維具有非常優(yōu)良的耐高溫性能，世界各國(guó)都對(duì)氧化鋯纖維的研究與開發(fā)給予了極大的熱情，并研究出各種制備方法。但是由于氧化鋯的高熔點(diǎn)和熔體的低粘度特性，不能采用像硅酸鋁及高鋁陶瓷纖維那樣的熔融制絲法，而只能采用前驅(qū)體法來制造，主要有載體法、無機(jī)鹽法和溶膠凝膠法。

　?。ㄒ唬┹d體法

　　載體法是將含鋯的無機(jī)鹽（如硝酸鋯、氧氯化鋯）水溶液通過浸漬進(jìn)入人造絲等有機(jī)纖維或炭纖維等無機(jī)纖維之后，將這種“荷重前驅(qū)體纖維”置于特定的氣氛中進(jìn)行熱解，待至碳化氫、碳部分分解后再進(jìn)行熱處理（燒成），使載體纖維充分氧化，鋯鹽轉(zhuǎn)化成氧化鋯，獲得保持原纖維微觀結(jié)構(gòu)的氧化鋯纖維。

　　有機(jī)/無機(jī)纖維預(yù)處理+含穩(wěn)定劑的鋯鹽融液→浸漬→出去過剩鋯鹽→干燥→荷重前去體現(xiàn)為→熱分解→熱處理燒成→ZrO₂纖維

　　載體法制備氧化鋯纖維工藝流程

　?。ǘo機(jī)鹽法

　　無機(jī)鹽法是以水溶性鋯鹽為原料，加入一定量的水溶性高分子有機(jī)物制成混合液，過濾后加入穩(wěn)定劑，加熱濃縮到適當(dāng)?shù)恼扯龋?00～350Pa），在特定的濕度和溫度條件下纖維化，纖維化可采用噴絲、拉絲和旋轉(zhuǎn)甩絲等方法，原纖維在一定溫度下干燥燒成后得到氧化鋯纖維。

　　鋯鹽水溶液+穩(wěn)定劑+水溶性高分子有機(jī)物→蒸發(fā)濃縮→紡絲液→纖維化→干燥→熱處理→ZrO₂纖維

　　無機(jī)鹽法制備氧化鋯纖維工藝流程

　?。ㄈ┤苣z凝膠法

　　該法是以醋酸鋯（Zr(CH₃COO)₂）或鋯的醇鹽（如Zr(OCH₅)₄等）為原料，通過加水分解、蒸發(fā)、縮聚等制成一定粘度的氧化鋯溶膠紡絲液，采用與無機(jī)鹽法相同的纖維化方法制成凝膠纖維，干燥、熱處理制成氧化鋯纖維。

　　這種方法是一種比較可行的制備連續(xù)氧化鋯纖維的方法，但是設(shè)備要求高，拉絲過程控制比較困難，生產(chǎn)成本高。

　　四、氧化鋯纖維的性能

　　（一）氧化鋯纖維的物理性能

　　氧化鋯纖維的物理性能

　?。ǘ┭趸喞w維的高溫性能

　　氧化鋯纖維具有很好的高溫性能，在溫度高達(dá)2480℃時(shí)仍可保持其纖維形態(tài)，1400℃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，可達(dá)2200℃，氧化鋯纖維材料不僅適用于氧化氣氛，而且可在還原氣氛和真空下使用。氧化鋯纖維與其它陶瓷纖維（隔熱用）的高溫性能比較見下表。

　　氧化鋯纖維與其它陶瓷纖維的高溫性能比較

　?。ㄈ┭趸喞w維的隔熱性能

　　氧化鋯是公認(rèn)具有超低導(dǎo)熱系數(shù)的陶瓷材料，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，氧化鋯纖維的低密度提供了有效的隔熱性能。幾種不同陶瓷纖維的導(dǎo)熱系數(shù)見下表。

　　幾種不同陶瓷纖維的導(dǎo)熱系數(shù)

　　五、氧化鋯纖維的制品

　　（一）氧化鋯纖維氈

　　氧化鋯纖維氈是用有機(jī)短纖維經(jīng)針刺制成有機(jī)纖維氈為前驅(qū)體，浸漬鋯鹽溶液，經(jīng)熱處理而得到的具有原有機(jī)纖維氈形貌的氧化鋯纖維氈。氧化鋯纖維氈主要用于晶體生長(zhǎng)爐的隔熱，在晶體生長(zhǎng)爐中的使用溫度高達(dá)1920℃，仍保持纖維氈形態(tài)，起到了極好的隔熱作用。

氧化鋯纖維氈

　?。ǘ┭趸喞w維板/異型件

　　氧化鋯纖維制品是用氧化鋯纖維為原料，經(jīng)短切并加入低溫、高溫結(jié)合劑制成水性懸浮液，最后經(jīng)成型燒成工序。制品有氧化鋯纖維板、筒、罩、異型制品等，可機(jī)械加工。其制備工藝流程如下：

　　氧化鋯纖維→短切→氧化鋯纖維懸浮液制備→成型→脫膜→干燥→燒成→加工→成品

　　氧化鋯纖維板/異型件制品可用作航天器的前錐體、噴氣飛機(jī)、導(dǎo)彈等的絕熱材料和燒蝕材料，還可用于原子能、磁流體、熱離子、感應(yīng)爐、微波燒結(jié)等。

氧化鋯纖維板/異型件

　?。ㄈ┭趸喞w維紙

　　氧化鋯纖維紙是用氧化鋯纖維經(jīng)分散，加入粘接劑，必要時(shí)可加入其他纖維或晶須，經(jīng)抄紙工藝而制成。氧化鋯纖維紙主要用于堿性電池的隔膜，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。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，壽命長(zhǎng)。

氧化鋯纖維紙

　?。ㄋ模┭趸喞w維布

　　氧化鋯纖維布是用特種有機(jī)纖維，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，浸漬穩(wěn)定化的錯(cuò)鹽溶液，經(jīng)過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鍛燒而成。它具有普通布的外觀特點(diǎn)，平整、柔軟，具有一定的強(qiáng)度。

氧化鋯纖維布尚未應(yīng)用于民用

　　濟(jì)南火龍熱陶瓷有限責(zé)任公司是專業(yè)的耐火纖維生產(chǎn)商和防火保溫工程承包商，有專業(yè)的工業(yè)窯爐保溫施工隊(duì)伍?；瘕埞?jié)能16年專注耐火纖維及不定型澆注料的生產(chǎn)及應(yīng)用開發(fā)，已成功為國(guó)內(nèi)外數(shù)百家企業(yè)提供了上千套保溫隔熱方案和材料。

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