[发明专利]一种莫来石纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高温耐火纤维制备技术领域，特别涉及一种绿色低成本莫来石纤维的制备方法。

背景技术

莫来石纤维是高温技术领域的一类高技术基础材料，因具有一系列的优异性能，包括：高熔点(1850℃)、优良的高温抗蠕变性能、优异的高温强度、电绝缘性和化学稳定性，低热传导率和热膨胀系数(5.3×10^-6K)，以及优良的抗腐蚀性和高剪切模量，在国民经济发展中作用十分突出，与钢铁、有色金属、建材、能源及新技术产业的发展息息相关，是这类行业节能降耗的重要保障。因此，莫来石纤维自问世以来作为一种轻质耐高温材料越来越受到重视。在发达国家，耐火材料总产值约占国民经济中产值的0.1％，市场前景非常广阔。

随着科学技术水平的不断提高，工业现代化进程的加快，高性能莫来石纤维的应用不再局限于传统的窑炉及热工设备上，其在国防及高技术领域将有着更广阔的应用，而且市场容量超过传统行业的需求量。如在航天领域的应用：美国国家航天局(NASA)采用轻型纤维瓦解决了航天飞机系统中的隔热系统问题；在汽车行业的应用：由于经过莫来石纤维增强的铝镁合金具有优良的力学性能，已在汽车发动机活塞部件上成功应用。2010年我国汽车产量超过1800万辆，按每套活塞连杆使用0.2Kg增强纤维计算，仅此一项陶瓷纤维用量即可达到3600吨。

目前，在莫来石纤维的生产和研究中，均采用传统的电阻炉加热的方式进行热处理，热量主要通过热传导、热辐射及对流的方式由外至内传递，由于莫来石纤维热导率较低，因此传统加热方式效率较低，升温速率较慢，而且所需保温温度高达1300℃、保温时间约3小时，整个升温及保温过程一般需要8-10小时，可见生产效率低，生产周期长、能耗大。同时，由于传统方式热处理温度高、保温时间长，纤维晶粒异常长大，纤维脆性断裂及粉化现象严重。此外，传统加热方式内外温度梯度较大，材料一致性能较低，易出现黑心问题，成品率低。

因此，降低莫来石纤维热处理温度，减少保温时间，缩短生产周期，提高生产效率，改善莫来石纤维性能，发展高性能莫来石纤维绿色低成本制备技术具有重要的研究价值和社会及经济效益。

发明内容

本发明的技术目的是针对上述技术现状，提供一种高效、节能、成本低廉并且易于产业化的莫来石纤维制备方法，利用该制备方法能够较快升温，并在较低温度、较短保温时间内合成莫来石纤维。

本发明实现上述技术目的所采用的技术方案为：一种莫来石纤维的制备方法，具体为：按照莫来石纤维化学式中各元素的化学计量比称取原料，配置胶体，然后经成纤、烘干排胶制成莫来石非晶纤维，再将纤维装入由透波材料制成的匣钵内，然后将匣钵放入专业微波炉内，在空气或氧气气氛下，通过调整微波功率控制升温速率，加热升温至热处理温度，最后冷却至室温，得到莫来石纤维。

上述技术方案中：

胶体配置时采用的原料可以是所述莫来石纤维化学式中相应元素的单质、氧化物、氟化物、氮化物、溴化物、氯化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐，也可以是所需原料元素的前躯体或者溶胶。

所述成纤方法包括但不限于高速离心甩丝、热气流高压喷丝、静电纺丝或熔融拉丝。

所述专业微波炉可以选自网带式微波炉/窑、推板式微波炉/窑、辊道式微波炉/窑、梭式微波炉/窑、箱式微波炉/窑及钟罩式微波炉/窑中的一种，专业微波炉的微波频率一般为300MHz～300GHz，优选的频率为2.45GHz、5.8GHz、0.915GHz或24.15GHz。

匣钵由透波性能较好的材料制成，优选由Al₂O₃、BN等材料中的一种或几种的复合材料制成。

为了改善莫来石纤维的性能，加热升温至热处理温度后优选进行保温处理，保温时间优选为0.1～100h，进一步优选为0.1～1h。

为了降低热处理温度，改善莫来石纤维的性能，可在原料中加入各种助溶剂，助溶剂包括但不限于铝粉、硅粉、SiO₂、V₂O₅、Bi₂O₃、CuO、Bi(NO₃)₃、Cu(NO₃)₂等中的一种或者几种的混合。

为了提高升温速率，更好地保持环境温度场的均匀性，优选在匣钵内加辅热材料。辅热材料可直接与样品接触或者保持一定的距离。