[发明专利]利用芦苇纤维制备中空镁铝尖晶石陶瓷纤维的方法

说明书

本发明公开了一种利用芦苇纤维制备中空镁铝尖晶石陶瓷纤维的方法。所述方法以天然芦苇为模板，以乙醇水溶液为浸渍溶剂，通过浸渍在铝盐和镁盐的混合乙醇水溶液中，干燥后在有氧气氛中高温烧结，在烧结过程中氯化铝和氯化镁各自反应生成氧化铝和氧化镁，芦苇纤维发生分解，最终作为模板的芦苇消失，生成的氧化铝和氧化镁形成了稳定的镁铝尖晶石结构，并且保留了芦苇模板的中空结构。本发明制成的镁铝尖晶石纤维呈空心管状结构，韧性良好，且中空度、蓬松度高，具有良好的热震稳定性能、耐化学侵蚀性能和耐磨性能，中空纤维中气体的存在使固相之间彼此分开，减缓了热量的传递速度，降低了陶瓷材料的导热率，其隔热性能良好。

技术领域

本发明属于耐火隔热材料领域，具体涉及一种利用天然芦苇纤维制备中空镁铝尖晶石陶瓷纤维的方法。

背景技术

镁铝尖晶石的化学式为MgO·Al₂O₃，具有熔点高(2135℃)，热膨胀系数小，热导率低，热振稳定性好，抗碱侵蚀能力强等特点，广泛应用于颜料工业、耐火材料、精细陶瓷、耐磨材料等领域。现阶段耐火材料用的镁铝尖晶石都是通过人工合成的方法合成的。因为Al-O、Mg-O之间都是较强的离子键，且强度相等，所以镁铝尖晶石具有牢固的结构。镁铝尖晶石的具有良好的热震稳定性能、耐化学侵蚀性能和耐磨性能，能够在氧化或还原气氛中保持较好的稳定性，可用于制备耐火隔热陶瓷材料。传统制备镁铝尖晶石纤维的方法大多为固相法和气相沉积法。其中，固相法能耗大、效率低、易混入杂质，生成物的纯度较低。气相沉积法的反应条件和反应设备的要求都很高，使得生产成本过高。并且上述方法制得的镁铝尖晶石纤维都为实心状，不利于其隔热性能的提升(崔宏亮,刘和义,乔健等.溶胶-凝胶法制备连续MgAl₂O₄纤维[J].人工晶体学报,2014,43(12):3191-3196)。利用同轴纺丝制得的空心纤维表面粗糙，纤维之间粘连易断裂(同轴静电纺丝法制备多孔镁铝尖晶石纤维[J].耐火材料,2017,51(02):105-111)。

近年来，遗态材料迅速发展，已广泛应用于生物、医药、半导体等领域。Liu Jian等以水栖植物苦草为模板，制备出具有微米级介孔的TiO₂-SiO₂复合材料，该遗态材料具备高比表面积，光催化分解性能优于传统的TiO₂纳米晶体和二氧化钛P25粉末(Jian L,QiangY,Yang W,et al.Aquatic plant inspired hierarchical artificial leaves forhighly efficient photocatalysis[J].Journal of Materials Chemistry A,2013,1(26):7760-7766.)。Yu Chen等以蝶翅骨架为模板，制得具有蝶翅骨架结构的ZrO₂光子晶体材料(Chen Y,Gu J,Zhu S,et al.Synthesis of naturally cross-linkedpolycrystalline ZrO2 hollow nanowires using butterfly as templates[J].Materials Chemistry and Physics,2012,134(1):16-20.)。贺辛亥等人对木材、竹子、纸、纤维素等进行仿生合成，使其成为具有生物形态的碳质遗态材料，并用生物模板法，以苎麻纤维为生物模板，制得具有苎麻纤维管状形态的SnO₂多孔陶瓷(贺辛亥,齐乐华,王俊勃,等.苎麻形态SiC多孔陶瓷的制备及表征[J].功能材料,2011,42(8):1485-1488.)。许多学者通过模板技术合成了具有微米级至纳米级的多孔和管状材料。这种遗态材料具有优异的物理化学性质和作为催化剂载体的潜在应用，也可以在微电子器件中应用，具有很好的应用前景。总之，遗态方法借助生物进化而形成的优化结构为模板制备出的遗态材料，可以获得比人工仿生材料功能更为优异的材料特性，而且可以获得比原生物更完备的功能性能。

发明内容