一

陶瓷纖維分類

陶瓷纖維可分為二大類：非氧化物陶瓷纖維(如SiC纖維、C纖維)和氧化物(含復(fù)合氧化物)陶瓷纖維(如硅酸鋁纖維、Al2O3纖維)。

1、非氧化物陶瓷纖維

(1)碳化硅纖維。碳化硅(SiC)俗稱金剛砂、碳硅石，是一種以共價(jià)鍵結(jié)合的人工合成化合物?？捎没瘜W(xué)氣相沉積法、碳熱還原法、粉末燒結(jié)法以及先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法制備。純碳化硅是無色透明，工業(yè)中使用的碳化硅常常因?yàn)楹杏坞x鐵、硅、碳等雜質(zhì)而呈淺綠色或黑色。

由于碳化硅具有良好的高溫特性，如抗氧化性、高溫強(qiáng)度高及穩(wěn)定性、熱傳導(dǎo)性好、密度小、膨脹系數(shù)低、蠕變性小等特點(diǎn)，可將其用作高溫燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室、高溫噴嘴、渦輪的靜葉片等。由于碳化硅的高熱導(dǎo)性、絕緣性能好等特點(diǎn)，可將其作為冶金工業(yè)窯爐中的高溫?zé)峤粨Q器，以及大規(guī)模集成電路的基片和封裝材料等。利用其高硬度、耐磨損、耐酸堿腐蝕的性能，可在機(jī)械、化學(xué)等工業(yè)中制備機(jī)械密封材料，如滑動(dòng)軸承、閥片、風(fēng)機(jī)葉片和耐腐蝕的管道等。

(2)碳纖維。碳纖維是指纖維狀的碳材料，由有機(jī)纖維在惰性氣體中加熱到1000℃以上，形成的碳含量占90%以上的纖維狀碳材料。碳纖維是一種新型無機(jī)材料，它的密度為1.5-2g/cm3，是鋼密度的1/4、鋁合金密度的1/2，強(qiáng)度卻比鋼大4、5倍。其熱膨脹系數(shù)小，抗熱震性好，從幾千攝氏度的高溫突然降到常溫也不會(huì)炸裂，同時(shí)具有良好的潤(rùn)滑性及導(dǎo)電性。碳纖維的化學(xué)性質(zhì)與碳相似，對(duì)一般堿性是惰性的，并且在液氮溫度下也不會(huì)脆化。在非氧環(huán)境下，即使3000℃的高溫也不熔化，但在空氣氣氛下，溫度高于400℃時(shí)就會(huì)出現(xiàn)明顯的氧化現(xiàn)象，生成CO與CO2。因此碳纖維可以大幅度減輕構(gòu)件結(jié)構(gòu)重量，提高技術(shù)性能，使得其大范圍的應(yīng)用在航空航天飛行器上。

2.氧化物陶瓷纖維

(1)硅酸鋁纖維。硅酸鋁纖維形狀和顏色同棉花相似，是一種非晶體陶瓷纖維，主要由氧化鋁和二氧化硅組成，有時(shí)還含有少量的氧化鐵、二氧化鈦、氧化鈣等物質(zhì)。根據(jù)組成物質(zhì)及含量的不同，可分為四類：標(biāo)準(zhǔn)(普通)硅酸鋁纖維、高純硅酸鋁纖維、高純含鋁硅酸鋁纖維和高純含鋯硅酸鋁纖維。

硅酸鋁纖維直徑1-10μm，長(zhǎng)度為5-25cm，耐溫性、隔熱性、吸音性均較好，并且蓄熱小、導(dǎo)熱系數(shù)低、抗機(jī)械振動(dòng)能力強(qiáng)，使用溫度可達(dá)1200℃，密度卻僅為0.096-0.128g/cm3。硅酸鋁纖維復(fù)合材料可以制成毯、氈、紙、板等形狀，目前已廣泛應(yīng)用于化工、機(jī)械等熱能設(shè)備的保溫及火箭發(fā)動(dòng)機(jī)部件的隔熱層等。

(2)石英纖維。石英纖維是指雜志含量低于0.1%，纖維直徑在0.7-15μm的高純度特種二氧化硅玻璃纖維。其具有很高的耐熱性，長(zhǎng)期穩(wěn)定的使用溫度為1050℃，瞬間耐溫高達(dá)1700℃。除此之外，石英纖維具有耐腐蝕性，高溫下強(qiáng)度保持率高、尺寸穩(wěn)定、抗熱震性好、化學(xué)穩(wěn)定性高，此外還具有卓越的電絕緣性能，它的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗系數(shù)在所有礦物纖維中是最優(yōu)秀的，而且制作成本比碳化硅纖維低許多。石英纖維在國(guó)防軍事和航空航天工業(yè)中具有重要用途，可用于制造航天熱防護(hù)系統(tǒng)。

 (3) 莫來石纖維。莫來石纖維是一種多晶結(jié)構(gòu)的纖維，主晶相為莫來石微晶，作為氧化硅和氧化鋁二元體系中唯一的穩(wěn)定相，其活性低，再結(jié)晶能力較差，因此莫來石纖維具有較好的耐高溫性能，使用溫度可達(dá)到1500℃，但當(dāng)溫度高于1500℃時(shí)，其晶粒也會(huì)長(zhǎng)大，使其喪失高溫力學(xué)性能，當(dāng)溫度達(dá)到1830℃左右時(shí)，會(huì)迅速分解為氧化鋁和液相。莫來石纖維受熱時(shí)膨脹均勻，抗熱震穩(wěn)定性能極好，熱導(dǎo)率低，在高溫下不易發(fā)生蠕變，不僅能夠保持良好的彈性，收縮也比較小，且材料本身化學(xué)穩(wěn)定性好，不易受到腐蝕，因此作為新型超輕質(zhì)高溫耐熱纖維材料，被廣泛用于各種高溫產(chǎn)品及熱防護(hù)系統(tǒng)中。

(4)氧化鋁纖維。氧化鋁纖維是一種多晶陶瓷纖維，具有長(zhǎng)纖、短纖、晶須等多種形式。它以Al2O3為主要成分，有時(shí)會(huì)含有一定量的添加劑，如二氧化硅、氮化硼、氧化鋯、氧化鐵、氧化鎂等。氧化鋁纖維直徑10-20μm，密度2.7-4.2g/cm3，具有較高的機(jī)械性能，抗拉強(qiáng)度1.4-2.45GPa，抗拉模量190-385GPa。其具有良好的耐化學(xué)腐蝕性、耐氧化、耐高溫性，并有高的化學(xué)穩(wěn)定性和較低的熱膨脹系數(shù)，熔點(diǎn)2050℃，可以在1200℃-1300℃高溫下長(zhǎng)期使用。

二

陶瓷纖維制品應(yīng)用

陶瓷纖維最大特性：

(1)導(dǎo)熱系數(shù)低，常溫下僅為0.03 W/(m·K)，在1000 ℃時(shí)為粘土磚的1/5。

(2)制品密度小，一般在64?500 kg/m3之間。

(3)熱容量低，僅為耐火磚的1/72，輕質(zhì)磚的1/42。

(4)加工性能好，纖維柔軟易切割，連續(xù)性強(qiáng)，便于纏繞。

(5)吸音性能良好，可作為高溫消音材料。

(6)化學(xué)穩(wěn)定性好，除強(qiáng)堿、氟、磷酸鹽外，幾乎不受化學(xué)藥品的侵蝕。

(7)耐熱震性能好。

(8)絕緣性能良好,常溫下體積電阻率為1×1013Ω·cm,800℃下體積電阻率為6×108Ω·cm。

(9)陶瓷纖維對(duì)波長(zhǎng)1.8?6.0 μm 的光波有很高的反射性。

陶瓷纖維原棉通常加工成各種式樣的陶瓷纖維制品供各行各業(yè)選用。陶瓷纖維制品最重要的用途就是高溫環(huán)境下的保溫隔熱，應(yīng)用范圍涵蓋冶金、機(jī)械、電子、陶瓷、玻璃、化工、汽車、建材、輕工、軍工、船舶、航空航天等領(lǐng)域。

目前陶瓷纖維制品有毯、氈、板、紙、布、帶、繩、卷管、瓦塊、模塊、異型件、可塑料、噴涂料、 涂抹料、澆注料等。

1、陶瓷纖維原棉

陶瓷纖維棉通過電阻爐將原材料高溫熔融，經(jīng)噴吹或甩絲成纖工藝生產(chǎn)制成，直徑一般為2?5μm，長(zhǎng)度多為30?250 mm。

陶瓷纖維棉的纖維表面呈光滑的圓柱形，橫截面通常是圓形。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是氣孔率高(一般大于90%)，而且氣孔孔徑和比表面積大。由于氣孔中的空氣具有良好的隔熱作用，因而纖維中氣孔孔徑的大小及氣孔的性質(zhì)(開氣孔或閉氣孔)對(duì)其導(dǎo)熱性能具有決定性的影響實(shí)際上，陶瓷纖維的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)是一種由固態(tài)纖維與空氣組成的混合結(jié)構(gòu)，其顯微結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是同相和氣相都是以連續(xù)相的形式存在。因此，在這種結(jié)構(gòu)中，固態(tài)物質(zhì)以纖維狀形式存在，并構(gòu)成連續(xù)相骨架，而氣相則連續(xù)存在于纖維材料的骨架間隙之中。正是由于陶瓷纖維具有這種結(jié)構(gòu)，使其氣孔率較高，氣孔孔徑和比表面積較大，從而使陶瓷纖維具有優(yōu)良的隔熱性能和較小的體積密度。

陶瓷纖維棉屬中性偏酸性材料，除與強(qiáng)酸堿反應(yīng)外，不被其他弱堿、弱酸及水、油、蒸汽侵蝕，與鉛、鋁、銅不浸潤(rùn)，具有優(yōu)良的柔韌性和彈性。陶瓷纖維密度較小，比輕質(zhì)隔熱磚爐襯輕75%以上，比輕質(zhì)澆注料爐襯輕90%?95%，導(dǎo)熱系數(shù)約為輕質(zhì)粘土磚的1/8，是輕質(zhì)耐熱襯里(澆注料)的1/10， 熱容埴僅為輕質(zhì)隔熱襯里和輕質(zhì)澆注料襯里的1/10 左右，大大降低了能源損耗量，節(jié)能蓄熱效果顯著。同時(shí)，陶瓷纖維具有施工簡(jiǎn)便，無需烘爐，縮短施工周期，安裝簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。陶瓷纖維棉是其佘陶瓷纖維制品的主要原料，也可按分類溫度直接用作工業(yè)窯爐膨脹縫充填、爐壁隔熱、密封材料。

2、陶瓷纖維包覆系統(tǒng)

陶瓷纖維包覆材料的制作方法是將散裝陶瓷纖維自然沉降在集棉機(jī)網(wǎng)帶上，使其形成均勻的棉坯，經(jīng)針刺制毯工藝得到無粘結(jié)劑的干法針刺毯。該毯柔軟富有彈性，抗拉強(qiáng)度高，加工和施工性能優(yōu)良，是陶瓷纖維制品應(yīng)用最為廣泛的產(chǎn)品之一。根據(jù)其工藝的不同，陶瓷纖維包覆系統(tǒng)可分為甩絲和噴吹兩大類。

陶瓷纖維包覆系統(tǒng)適用于各種隔熱工業(yè)窯爐的爐門密封、爐口幕簾、窯頂隔熱：高溫?zé)煹?、風(fēng)管襯套、膨脹接頭：石油化工設(shè)備、容器、管道高溫隔熱、保溫;高溫環(huán)境下的防護(hù)衣、手套、頭套、頭盔，靴等;汽車發(fā)動(dòng)機(jī)隔熱罩、重油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管包裹、 高速賽車復(fù)合制動(dòng)摩擦襯墊、核電、汽輪機(jī)隔熱;加熱件熱處理隔熱;輸送高溫液體、氣體的泵、壓縮機(jī)和閥門用的密封填料、墊片：高溫電器絕緣：防火門、防火簾、滅火毯、接火花用墊子和隔熱覆蓋等防火縫制品;航天、航空工業(yè)用的隔熱、保溫材料、制動(dòng)摩擦襯墊;深冷設(shè)備、容器、管道的隔熱、包裹，高檔寫宇樓中的檔案庫、金庫、保險(xiǎn)柜等重要場(chǎng)所的絕熱、防火隔層，消防自動(dòng)防火簾。

3、陶瓷纖維異型件

陶瓷纖維異型件是采用優(yōu)質(zhì)陶瓷纖維棉作原料，用真空成型工藝制成。能制成擁有優(yōu)越高溫性能的剛性并有自支撐強(qiáng)度的異型制品。所有異形制品在其使用溫度范圍內(nèi)都有較低的收縮，并保持有高隔熱、輕質(zhì)和抗沖擊的特點(diǎn)。未灼燒的材料很容易被切割成機(jī)械加工。在使用過程中，產(chǎn)品的抗磨損和剝落性能良好，而且不被大多數(shù)熔融金屬所潤(rùn)濕。

陶瓷纖維異型件包括管形、錐形、圓頂形和方盒型，大多數(shù)異型制品是按照客戶的要求進(jìn)行生產(chǎn)，如有色金屬行業(yè)用澆鑄帽和套管、石化行業(yè)用的真空成型看火孔等。

陶瓷纖維制品具有出色的耐溫隔熱性能，比傳統(tǒng)耐火材料節(jié)能10%?30%，前景十分看好。生產(chǎn)趨勢(shì)無污染、精細(xì)化和多功能化，高附加值、高科技含量是未來的主要發(fā)展方向。隨著國(guó)家對(duì)節(jié)能降耗的重視，人們環(huán)保意識(shí)的提高，陶瓷纖維制品憑借其顯著優(yōu)勢(shì)，將備受矚目！