[发明专利]中空Al2O3-ZrO2-Y2O3隔热陶瓷纤维的制备方法

说明书

本发明公开了一种中空Al₂O₃‑ZrO₂‑Y₂O₃隔热陶瓷纤维的制备方法。所述方法将氯氧化锆、氯化铝、硝酸钇溶于乙醇溶液中得到质量分数为5％～15％的混合溶液，然后将白茅花浸渍在混合溶液中，80～120℃下干燥，干燥后置于1100～1300℃下烧结，得到ZrO₂的摩尔分数为70％～80％的中空Al₂O₃‑ZrO₂‑Y₂O₃隔热陶瓷纤维。本发明以天然白茅花为模板，天然白茅花纤维中的硅酸盐能够抑制ZrO₂结晶，降低材料的热导系数，改善其隔热性能，同时基于白茅花特殊的中空结构，制得的纤维具有相似的中空结构，阻滞热量传递。本发明制备的中空Al₂O₃‑ZrO₂‑Y₂O₃隔热陶瓷纤维260℃下热导系数为0.067W·m^‑1·K^‑1，密度为0.07～0.10g/cm³。

技术领域

本发明属于隔热材料技术领域，涉及一种中空Al₂O₃-ZrO₂-Y₂O₃隔热陶瓷纤维(AZY纤维)的制备方法。

背景技术

钢铁、水泥、陶瓷等生产领域需要耐火度更高、密度更低、强度更高的轻质耐火隔热材料。隔热陶瓷纤维是纤维状的耐火隔热材料，是一种新型高效的绝热材料，既有纤维的“柔软和强度”，也有耐高温、低热导、低密度等性能。

Al₂O₃熔点达2054℃，ZrO₂熔点达2700℃，Al₂O₃和ZrO₂纤维及其制品长期使用温度达1600℃，广泛应用于高温隔热领域，耐火砖制备，坩埚、瓷器的生产。Al₂O₃纤维、ZrO₂纤维具有低密度、低热导率、高强度，高稳定性和耐腐蚀等性质，受到越来越多研究者的关注。高俊国等以蚕丝为模板，Al、Zr、Y的硝酸乙醇溶液为浸渍液，采用模板法制备了Al₂O₃-ZrO₂-Y₂O₃(AZY)复合陶瓷纤维，以摩尔比为100:10:2的硝酸铝、硝酸锆和硝酸钇制得的复合陶瓷纤维保留了蚕丝类似的半椭圆形或略成三角形的界面结构，未见明显空心结构，且研究了Al₂O₃-ZrO₂-Y₂O₃复合陶瓷纤维的结构特征及烧结工艺(高俊国等.模板浸渍法制备Al₂O₃-ZrO₂-Y₂O₃复合陶瓷纤维及其烧结工艺[J].材料热处理学报，2011，32(3)：1-4)。王天驰等以木棉纤维为模板制备中空ZrO₂纤维，其热导系数较传统实心ZrO₂纤维降低了52％(500℃)和56％(1000℃)。但是其实验设计采用单因素轮换法，实验周期较长，所制备的纤维存在破裂现象，纤维与纤维之间有一定粘结(Tianchi Wang,et al.,Synthesis and heat-insulating properties of yttria-stabilized ZrO2hollow fibers derived from aceiba template[J].Ceramics International,2017,43(12):9296-9302.)。