[发明专利]一种高熵锆酸盐无机纤维及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高熵锆酸盐无机纤维及其制备方法。制备方法包括碱式碳酸锆、钙源、锶源、钡源、冰乙酸和助纺剂按照一定的比例，在水溶液中加热溶解，制得高熵锆酸盐前驱体溶胶；将高熵锆酸盐前驱体溶胶通过静电纺丝法获得高熵锆酸盐前驱体纤维；将高熵锆酸盐前驱体纤维通过热处理制得高熵锆酸盐无机纤维。所得溶胶稳定，可纺性好，所得高熵锆酸盐纤维为单相固溶体，纤维直径为0.5‑1.5μm，且在室温至1400℃高温条件下保持晶相和纤维形态稳定。

技术领域

本发明涉及一种高熵锆酸盐无机纤维及其制备方法，属于无机非金属材料领域。

背景技术

自2015年Rost等率先将叶钧蔚和Cantor在合金中提出的高熵概念扩展到陶瓷以来，高熵陶瓷材料作为一类由多种陶瓷组元以等摩尔比或近等摩尔比形成的新型多主元固溶体，以其更低的热导率、缓慢的扩散效应和更优异的性能，在高温隔热领域展现出巨大的应用潜力。

氧化物无机纤维以其优异高温稳定性、抗氧化、耐腐蚀、质轻等优势，已发展成为高温隔热领域的关键材料之一。然而，氧化物纤维在高温使用条件下存在着普遍的共性问题，即晶粒生长导致的纤维脆性甚至粉化。因此，探寻在不降低纤维高温隔热性能的前提下优化氧化物无机纤维的微观结构和抑制晶粒生长的新途径成为氧化物无机纤维亟待解决的问题。而高熵陶瓷结构具有更低的热导率、高的结构稳定性和优异的性能，在文献《(La_0.2Ce_0.2Nd_0.2Sm_0.2Eu_0.2)₂Zr₂O₇: A novel high-entropy ceramic with low thermalconductivity and sluggish grain growth rate》中的研究结构表明，高熵锆酸盐陶瓷结构可以表现出缓慢的晶粒生长速率和更低的热导率。因此，高熵结构为氧化物无机纤维结构优化和隔热性能提升提供了可能。然而，虽然人们对高熵陶瓷有了较多的研究，但是还没有关于高熵氧化物纤维制备的相关报道，缺乏相关制备经验，这也成为将高熵结构应用于氧化物无机纤维优化需要解决的问题。

发明内容

为解决上述氧化物纤维存在的缺点和不足，将高熵结构应用于无机氧化物纤维的结构优化，本发明提供了一种高熵锆酸盐无机纤维及其制备方法，同时高熵锆酸盐纤维为高温隔热纤维提供了一个新型产品。

本发明所制备的高熵锆酸盐无机纤维为单相固溶体，分子式为(CaSrBa)ZrO₃，纤维直径为0.5-1.5μm，且在室温至1400℃高温条件下保持晶相和纤维形态稳定。

本发明的技术方案如下：

一种高熵锆酸盐无机纤维的制备方法，包括以下步骤：

(a) 制备高熵锆酸盐纤维前驱体溶胶

将固体原料碱式碳酸锆、钙源、锶源、钡源按照元素摩尔比Zr : Ca : Sr : Ba =3:1:1:1加入到质量比固体:水=1:(0.5~5)的水中，并在10~90℃加热搅拌的条件下，加入摩尔比Zr:CH₃COOH = 1: (1.5~6)的冰乙酸，溶解制得高熵锆酸盐溶胶；向高熵锆酸盐溶胶中加入质量分数为0.1~10%的高分子聚合物，充分溶解制得高熵锆酸盐纤维前驱体溶胶；

(b) 静电纺丝法制备高熵锆酸盐前驱体纤维

将步骤(a)的高熵锆酸盐纤维前驱体溶胶通过静电纺丝制得高熵锆酸盐前驱体纤维，其中静电纺丝工艺条件为纺丝距离4~30cm, 纺丝电压为8~50kV, 溶胶推进速率为0.6~4.0mL/h，环境温度为10~35℃，环境湿度为10~65%；

(c) 制备高熵锆酸盐无机纤维