[发明专利]多晶刚玉纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新型多晶刚玉纤维和制备它们的方法，其中羟基氯化 铝(Aluminiumchlorohydrat)用作起始化合物。

背景技术

陶瓷纤维多年以来已经被生产并用于不同领域。它们的特征在于 高的耐化学品性、高的热稳定性和突出的机械性能。虽然短纤维已经 作为石棉的替代品在高温绝缘材料中获得巨大的重要性，但可获得的 长丝纤维为利基产品(Nischenprodukt)，其由于高价格仅在有限的 范围内用于特种应用。

作为绝缘材料，基于氧化铝和氧化铝/二氧化硅(莫来石)的陶瓷 纤维在窑炉构造、在航空和航天和在汽车领域得到应用。

在制备这些氧化铝纤维和莫来石纤维时，相应的金属氧化物的前 体用作起始材料。为了稳定晶相并抑制晶体生长，经常使用二氧化硅 (EP 0 318 203和EP 0 206 634)。用于影响纤维中晶体结构和晶体 生长的其它添加剂，例如MgO和氧化铁，描述于EP 0 294 208中。

作为用于制备氧化铝纤维和莫来石纤维的前体，使用铝盐例如羟 基氯化铝(EP 0 318 203)或甲酸-乙酸铝混合盐(EP 0 294 208)。 相反，在US 3 808 015中从由氧化铝颗粒(13-80％比例)和合适的粘 结剂，例如羟基氯化铝组成的混合物出发。根据US 3 808 015所使用 的氧化铝颗粒应具有99.5％的小于5μm，98％的小于3μm和50％大于 0.2μm的刚玉尺寸分布。

为了改进所述物料的流变性和可纺性，经常添加水溶性聚合物， 例如聚氧化乙烯或聚乙烯醇。

发明内容

本发明提供基本上由刚玉和周期表第I或II主族元素的氧化物构 成的多晶刚玉纤维，其中这些刚玉纤维的微晶具有以下粒子尺寸分布： 0至0.15微米(34％)，0.15至0.29微米(55％)和0.29至0.43微米(11 ％)。优选的是0至0.06微米(34％)；0.06至0.122微米(55％)和 0.122至0.3微米(11％)的粒子尺寸分布。采用所述粒子尺寸分布， 根据本发明的刚玉纤维明显地区别于根据EP 294 208的刚玉纤维，其 根据在该文献中的数据具有完全不同的粒子尺寸分布且具有明显更大 的粒子尺寸。

本发明的刚玉纤维优选包含0.01至20重量％的第I或II主族的氧 化物。这类氧化物尤其是CaO和MgO。

本发明进一步提供制备前述的刚玉纤维的方法。这种方法包括， 将羟基氯化铝的水溶液与元素周期表第I和II主族元素的氧化物形成 剂和促进α-氧化铝形成的晶核混合，将该混合物用水溶性聚合物掺 混，纺成纤维，并在高于1100℃的温度下煅烧这些纤维。

对于所使用的羟基氯化铝适合的是通式Al₂(OH)_xCl_y，其中x为2.5 至5.5的数，且y为3.5至0.5的数，且x和y的总和总是为6。在此，优选 从50％的水溶液出发，如其可商购的那样。用促进Al₂O₃的α-变形形成 的晶核掺混这样的溶液。尤其是这样的晶核引起在后续热处理中α- 变形形成温度的降低。作为晶核优选考虑极细分的刚玉、水铝石或赤 铁矿。特别优选使用平均粒子尺寸小于0.1μm的极细分的α-Al₂O₃晶 核。一般基于形成的氧化铝，0.1至10重量％的晶核是足够的。

此外，该起始溶液还包含氧化物形成剂，以便产生周期表第I和II 主族元素的氧化物MeO。为此尤其考虑氯化物，特别是元素Ca和Mg的氯 化物，但是此外还有其它的可溶性或可分散性盐如氧化物、氯氧化物、 碳酸盐或硫酸盐。氧化物形成剂的量这样测定，使得成品纤维包含0.01 至20重量％的氧化物MeO。第I和II主族的氧化物可作为在氧化铝旁边 的单独的相存在或与所述氧化铝一起形成真混合氧化物，例如尖晶石 等。术语“混合氧化物”在本发明的范围内应这样理解，即其一并包 括这两种类型。