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，是一種以共價鍵結(jié)合的人工合成化合物。可用化學氣相沉積法、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為含有游離鐵、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、高溫強度高及穩(wěn)定性、熱傳導性好、密度小、膨脹系數(shù)低、蠕變性小等特點，可將其用作高溫燃氣輪機的燃燒室、高溫噴嘴、渦輪的靜葉片等。由于碳化硅的高熱導性、絕緣性能好等特點，可將其作為冶金工業(yè)窯爐中的高溫熱交換器，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，可在機械、化學等工業(yè)中制備機械密封材料，如滑動軸承、閥片、風機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炸裂，同時具有良好的潤滑性及導電性。碳纖維的化學性質(zhì)與碳相似，對一般堿性是惰性的，并且在液氮溫度下也不會脆化。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℃時就會出現(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：標準(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，長度為5-25cm，耐溫性、隔熱性、吸音性均較好，并且蓄熱小、導熱系數(shù)低、抗機械振動能力強，使用溫度可達1200℃，密度卻僅為0.096-0.128g/cm3。硅酸鋁纖維復合材料可以制成毯、氈、紙、板等形狀，目前已廣泛應用于化工、機械等熱能設(shè)備的保溫及火箭發(fā)動機部件的隔熱層等。

(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，長期穩(wěn)定的使用溫度為1050℃，瞬間耐溫高達1700℃。除此之外，石英纖維具有耐腐蝕性，高溫下強度保持率高、尺寸穩(wěn)定、抗熱震性好、化學穩(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，使用溫度可達到1500℃，但當溫度高于1500℃時，其晶粒也會長大，使其喪失高溫力學性能，當溫度達到1830℃左右時，會迅速分解為氧化鋁和液相。莫來石纖維受熱時膨脹均勻，抗熱震穩(wěn)定性能極好，熱導率低，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，具有長纖、短纖、晶須等多種形式。它以Al2O3為主要成分，有時會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，具有較高的機械性能，抗拉強度1.4-2.45GPa，抗拉模量190-385GPa。其具有良好的耐化學腐蝕性、耐氧化、耐高溫性，并有高的化學穩(wěn)定性和較低的熱膨脹系數(shù)，熔點2050℃，可以在1200℃-1300℃高溫下長期使用。

二

陶瓷纖維制品應用

陶瓷纖維最大特性：

(1)導熱系數(shù)低，常溫下僅為0.03 W/(m·K)，在1000 ℃時為粘土磚的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，便于纏繞。

(5)吸音性能良好，可作為高溫消音材料。

(6)化學穩(wěn)定性好，除強堿、氟、磷酸鹽外，幾乎不受化學藥品的侵蝕。

(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)陶瓷纖維對波長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，應用范圍涵蓋冶金、機械、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)對其導熱性能具有決定性的影響實際上，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，除與強酸堿反應外，不被其他弱堿、弱酸及水、油、蒸汽侵蝕，與鉛、鋁、銅不浸潤，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，陶瓷纖維具有施工簡便，無需烘爐，縮短施工周期，安裝簡便等特點。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，抗拉強度高，加工和施工性能優(yōu)良，是陶瓷纖維制品應用最為廣泛的產(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：高溫煙道、風管襯套、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)境下的防護衣、手套、頭套、頭盔，靴等;汽車發(fā)動機隔熱罩、重油發(fā)動機排氣管包裹、 高速賽車復合制動摩擦襯墊、核電、汽輪機隔熱;加熱件熱處理隔熱;輸送高溫液體、氣體的泵、壓縮機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、保險柜等重要場所的絕熱、防火隔層，消防自動防火簾。

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。未灼燒的材料很容易被切割成機械加工。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)趨勢無污染、精細化和多功能化，高附加值、高科技含量是未來的主要發(fā)展方向。隨著國家對節(jié)能降耗的重視，人們環(huán)保意識的提高，陶瓷纖維制品憑借其顯著優(yōu)勢，將備受矚目！