提到氧化鋁的好，完全可以說個三天三夜。它不僅有較高的熔點（2054℃），而且還有出色的機械強度、硬度、高電阻率和導熱性能，因此常用于制造耐火材料、結(jié)構(gòu)陶瓷、耐磨材料、拋光材料等。但為了更廣泛地應(yīng)用氧化鋁，科學家一直在不斷探索它新的可能性，像“氧化鋁纖維”就是一項具有代表性的成果。

氧化鋁纖維及其SEM圖

關(guān)于氧化鋁纖維

氧化鋁纖維是一種高性能的無機纖維，雖然名字中沒有體現(xiàn)，但其實它的成分并不限于Al₂O₃，有的還含有SiO₂和B₂O₃等金屬氧化物成分，是一種相當高端的耐火材料。

作為當今世界最新型的超輕質(zhì)高溫耐火纖維之一，氧化鋁纖維不僅可以在更高溫度下保持很好的抗拉強度，長期使用溫度在1450-1600℃；而且表面活性好，易與樹脂、金屬、陶瓷基體復合，形成諸多性能優(yōu)異、應(yīng)用廣泛的復合材料。同時它還具有熱導率小、熱膨脹系數(shù)低等優(yōu)點，在“防火隔熱”這一塊也很有一手，目前已被廣泛應(yīng)用于航空航天、核電核能、軍工以及汽車工業(yè)等領(lǐng)域。因此也難怪業(yè)界為什么會把它認為是最具有潛力的高溫材料之一了！

氧化鋁纖維的生產(chǎn)工藝

氧化鋁纖維雖好，但能夠產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的公司卻寥寥無幾，究其原因就是生產(chǎn)難度確實有點高。上海榕融新材料科技有限公司就曾在訪談中提到，其生產(chǎn)工藝需要橫跨高分子膠體、礦物質(zhì)干法紡絲、分子鏈構(gòu)、高溫燒結(jié)晶相化等多學科，而且各生產(chǎn)環(huán)節(jié)都是非標設(shè)備，因此量產(chǎn)工藝設(shè)備的研發(fā)難度很大。

目前，氧化鋁纖維的制備方法主要有溶膠-凝膠法、浸漬法、熔融抽絲法、游漿法等。其原料大多為較易得到的金屬氧化物粉末、無機鹽、有機聚合物等，可通過直接從水溶液、溶膠或者其他一些溶劑中紡絲制成，也可以以黏膠絲為載體來制備。

1.溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法是將原料分散在溶劑中，然后經(jīng)過水解反應(yīng)生成活性單體，活性單體進行聚合，開始成為溶膠，進而生成具有一定空間結(jié)構(gòu)的凝膠，經(jīng)過干燥和熱處理制備出納米粒子和所需要材料。利用溶膠-凝膠法制備氧化鋁纖維主要包括三個步驟，即可紡性溶膠的制備、成纖以及熱處理。其原理是將可溶性鋁、硅制成具有一定粘度的膠體溶液，用常規(guī)方法對液體甩絲，再經(jīng)高溫熱處理完成晶相轉(zhuǎn)變，制得多晶氧化鋁纖維。

這種工藝的優(yōu)點是制品的均勻度高、純度高、燒結(jié)溫度低，制備的氧化鋁纖維直徑小、拉伸強度有較大提高。缺點是原料多為有機醇鹽，價格比較昂貴且對人類身體健康有害，而且整個制備過程所需時間較長。

2.浸漬法

將浸漬法應(yīng)用于纖維的制造時，可采用無機鹽溶液浸漬基體纖維，親水性能良好的有機粘膠纖維作為浸漬基體纖維，無機鋁鹽水溶液作為浸漬液?；旌虾蠡w大量吸附浸漬液，使無機鋁鹽以分子狀態(tài)分散于基體纖維中，隨后進行熱處理，使有機纖維素全部分解，同時吸附的無機鹽完成脫水、熱解、裂解并分解成為氧化鋁，從而在原有機纖維處形成氧化鋁纖維，在更高溫度下完成晶型轉(zhuǎn)化和纖維的致密化。

這種工藝的優(yōu)點是可以先將基體纖維編織再浸漬、燒結(jié)，從而得到形狀復雜且強度較高的連續(xù)氧化鋁纖維。缺點是成本較高且纖維質(zhì)量較差，產(chǎn)率低，不適宜大規(guī)模生產(chǎn)。

3.熔融抽絲法

熔融抽絲法是1971年美國TYCO研究所研發(fā)出的一種制備氧化鋁纖維的新方法。熔融抽絲法即在高溫下向氧化鋁熔體中插入鉬制細管，利用毛細現(xiàn)象，熔融液剛好升到毛細管的頂端，然后由頂端緩慢向上拉伸就得到連續(xù)α-Al2O3纖維。

這種工藝的優(yōu)點是既可制備連續(xù)纖維，也可制備短纖維，纖維直徑范圍一般在20-150μm之間，長度在3-25mm之間，且設(shè)備相對簡單、成本低、工藝易控，成纖后不需要進一步的熱處理。缺點是由于隨著氧化鋁含量的逐漸升高，熔體的可紡性逐漸變差并難以控制，目前只能用于低氧化鋁含量纖維的制備，品質(zhì)相對較低；而且成本較高，生產(chǎn)效率較低。

氧化鋁纖維的應(yīng)用

雖然擔著“高端耐火材料”的名頭，但氧化鋁纖維的應(yīng)用并不僅限于耐火材料領(lǐng)域。目前氧化鋁短纖維一般用于高溫熱材料，長纖維則用于增強復合材料，它們可編織成無紡布、編織帶、繩索等各種形狀的纖維制品，被廣泛應(yīng)用于治金、機械、電子、陶瓷、化工、航天等高溫工業(yè)窯爐及其他熱工設(shè)備的內(nèi)襯熱，幫助節(jié)能增產(chǎn)，延長爐體壽命，改善工作環(huán)境。

氧化鋁纖維制品

1.耐高溫熱材料

由于傳統(tǒng)的耐火隔熱材料漸漸無法滿足民用、軍用、航空航天等特種裝備對耐火隔熱材料的要求，因此具有質(zhì)量輕、耐高溫、熱膨脹系數(shù)小、抗熱震性能好、使用壽命長等優(yōu)點的氧化鋁陶瓷纖維開始替代傳統(tǒng)的耐火隔熱材料發(fā)揮作用。

氧化鋁陶瓷纖維的導熱系數(shù)只相當于傳統(tǒng)耐火材料的10%，因此可廣泛應(yīng)用于機械、冶金、化工、航空航天等高溫工業(yè)設(shè)備中，比如說美航天飛機已采用硼硅酸鋁纖維來制造隔熱瓦和柔性隔熱材料。美“哥倫比亞”號航天飛機隔熱板襯墊用的是safill氧化鋁纖維，當航天飛機由太空返回大氣層時，由于safill氧化鋁纖維能經(jīng)受1600℃的高溫，這種襯墊會防止熱通過隔熱板之間的間隙進入防熱罩內(nèi)。

同時氧化鋁陶瓷纖維還具有優(yōu)良的紅外加熱效果及熱輻射能力，可用作陶瓷燒成窯、石化裂解爐、燃燒爐等高溫爐的內(nèi)襯材料，汽車三元催化器內(nèi)部在工作時具有高溫氣流、不規(guī)則震動、酸性氣體和對催化劑載體保護要求高等問題，由氧化鋁陶瓷纖維制成的非膨脹性密封襯墊可以很好的解決這一問題。

氧化鋁纖維隔熱襯護材料

2.增強復合材料

由于氧化鋁纖維與金屬基體的浸潤性好，界面反應(yīng)較小，其復合材料的力學性能、耐磨性、硬度均有提高，熱膨脹系數(shù)降低。目前，氧化鋁纖維增強的金屬基復合材料已在汽車活塞槽部件中得到應(yīng)用。另外，氧化鋁纖維增強金屬基復合材料還可用于高負荷的機械零件和高溫高速旋轉(zhuǎn)零件以及由于輕量化而要求的高功能構(gòu)件，如汽車連桿、傳動軸、剎車等零件及直升飛機的傳動裝置等。

纖維增強發(fā)動機活塞及纖維增強氣門嘴帽

另外，氧化鋁連續(xù)纖維可提高陶瓷的韌性和強度，當裂紋接近或達到纖維表面時，纖維基體界面的阻尼作用，可控制裂紋擴展，使裂紋從它原來的方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)、分枝，從而消耗裂紋前端的能量，達到增韌強化陶瓷材料的目的。

3.耐化學腐蝕材料

氧化鋁纖維由于其良好的耐化學腐蝕性能可用于環(huán)保和再循環(huán)技術(shù)域，如焚燒電子廢料的設(shè)備——據(jù)調(diào)查，在歷經(jīng)多年運轉(zhuǎn)后氧化鋁纖維仍顯示出其優(yōu)良的抗爐內(nèi)各種有害物的腐蝕性能。另外氧化鋁纖維還可用于汽車廢氣設(shè)備上作陶瓷整體襯，最大的特點是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。