專利名稱：一種氧化鋯陶瓷纖維板的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以氧化鋯纖維為基礎(chǔ)的耐火保溫纖維板的制備方法，屬于無機耐 火材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著我國工業(yè)的發(fā)展，能量消耗總量越來越高。選擇和應(yīng)用技術(shù)性能優(yōu)良的絕熱 保溫材料，可以降低窯爐輻射熱損失、提高窯爐熱效率，是實現(xiàn)工業(yè)熱工設(shè)備優(yōu)質(zhì)高 產(chǎn)、低消耗和節(jié)能減排最有效的技術(shù)手段。目前莫來石纖維和氧化鋁纖維等保溫性能 良好的材料已經(jīng)在我國的冶金、電力、建材、石油化工等行業(yè)得到大規(guī)模的推廣應(yīng)用， 并取得了良好的效果。但是莫來石晶體纖維和氧化鋁晶體纖維的最高使用溫度只有 1400'C和1600°C。目前在1700。C以上的高溫環(huán)境中，普遍使用氧化鋯空心球磚作為耐
熱保溫材料，但是與氧化鋯晶體纖維相比，空心球磚導(dǎo)熱系數(shù)大，熱容高，保溫效果 差。而氧化鋯(Zr02)纖維是一種能夠滿足1600'C以上超高溫氧化氣氛下長期使用的 多晶質(zhì)氧化物耐火纖維材料，具有比國內(nèi)市場上現(xiàn)有的耐火纖維品種更高的使用溫度 和更好的隔熱性能，并且高溫化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐腐蝕、抗氧化、抗熱震、不揮發(fā)、無 污染。Zr02有單斜、四方和立方三種晶相。通過向Zr02中摻加穩(wěn)定劑Y203，可將四 方或立方相Zr02穩(wěn)定下來，避免了 Zr02纖維在升降溫過程中發(fā)生相變。然而，由于 氧化鋯纖維本身制備技術(shù)的困難，使得氧化鋯纖維板的制備方法存在很大的空白。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了彌補現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種氧化鋯陶瓷纖維板的制備方法，制 備的纖維板成分均勻單一，耐高溫，可在170(TC 216(TC的環(huán)境下長時間使用。 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
本發(fā)明所述的氧化鋯陶瓷纖維板的制備方法，包括以下步驟
(一) 切絲將氧化鋯纖維短切至lmm-3mm。
(二) 制漿將短切好的纖維與全穩(wěn)定氧化鋯細(xì)粉按質(zhì)量比1: 0 0.5比例置于料
漿池中，然后加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1-1%的有機結(jié)合劑溶液，配制成氧化鋯纖維漿體并攪
拌，攪拌時間不低于3分鐘；攪拌方式可以使用機械式攪拌，也可以使用氣體攪拌。
漿體的均勻性是影響纖維板質(zhì)量的一個重要因素。纖維板的容重可以通過氧化鋯細(xì)粉的添加比例來控制，隨著氧化鋯細(xì)粉添加比例的增大，纖維板的容重增加，強度增大， 但保溫效果降低。無氧化鋯細(xì)粉的纖維板，容重最小，保溫效果最佳。
所述的氧化鋯細(xì)粉為摩爾分?jǐn)?shù)大于8%-15%的釔鹽穩(wěn)定的氧化鋯，常溫下為立方晶 相。所述的釔鹽為硝酸釔、乙酰丙酮釔、異丙醇釔和氯化釔中的一種或一種以上。
所述的有機結(jié)合劑為聚乙烯醇、聚丙烯酰胺或兩者的混合物。
為防止其他晶相纖維在高溫下產(chǎn)生相變，并伴有體積效應(yīng)，導(dǎo)致纖維板粉化，無 強度，所述的氧化鋯纖維為全穩(wěn)定立方相纖維。 所述的氧化鋯纖維采用以下步驟制備
(1) 按照氧氯化鋯乙醇400g:800 1000ml的比例將氧氯化鋯溶于乙醇中，按照 摩爾比為氧氯化鋯乙酰丙酮三乙胺=1:1.8 2.0:2.5的比例量取乙酰丙酮和三乙胺， 共同溶于與溶解氧氯化鋯的乙醇等量的另一份乙醇中，在0。C 50。C和攪拌條件下，將 乙酰丙酮和三乙胺的乙醇稀釋液霧化加入到氧氯化鋯乙醇稀釋液中，加完后繼續(xù)攪拌 得到金黃色透明反應(yīng)液；
(2) 蒸干乙醇，以丙酮為溶劑溶解可溶物，過濾除去不溶物鹽酸三乙胺，回收丙酮， 得含鋯有機聚合物；
(3) 按照反應(yīng)物氧氯化鋯乙醇400g:10 50ml的比例，將產(chǎn)物含鋯有機聚合物溶 入乙醇中，并按照摩爾比為氧化鋯氧化釔=80% 91%:20% 9%的比例，摻入釔鹽， 密封靜置，得到紡絲液；
(4) 采用離心盤甩絲法獲得含鋯有機聚合物纖維，在特殊氣氛下，進行熱處理，獲 得立方相氧化鋯晶體纖維；所述特殊氣氛是有機蒸汽、氮氣、水蒸汽或它們的混合氣 體氣氛，有機蒸汽是含鋯有機聚合物溶液加熱產(chǎn)生的蒸汽。
為提高纖維的抗高溫能力，所述的立方相氧化鋯晶體纖維可進行超高溫處理。 所述的超高溫處理步驟為使用為直徑8-12厘米的燒嘴產(chǎn)生的氣體火焰對熱處理 后的纖維噴吹，火焰溫度1800°C-2200°C，噴吹時間為5min-lh，氣體火焰為氫氣、乙 炔、丙垸、天然氣、煤氣和瓦斯氣火焰中的一種或一種以上。所述的高溫爐為空氣氣 氛電爐、氮氫氣氛電爐、真空試驗電爐和工業(yè)燃?xì)鉅t中的一種。
(三) 吸濾成型將模具置于料漿池中，打開真空泵，通過真空吸濾，獲得成型的 纖維板濕坯。
(四) 干燥將纖維板濕坯在50-12(TC范圍內(nèi)進行干燥，時間為20-30小時；干燥
時要定期對纖維板進行翻動，防止出現(xiàn)局部干燥速度過快，導(dǎo)致纖維板變形的現(xiàn)象。
(五) 高溫?zé)Y(jié)將干燥好的纖維板，放置于高溫爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為160CTC -1750°C，時間5-8小時，得到氧化鋯纖維板。高溫?zé)Y(jié)時，纖維板要平放至承燒板上，
5防止在燒結(jié)過程中，纖維板因為自身的重力而發(fā)生變形。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果
(1) 本發(fā)明制備的纖維板為全穩(wěn)定立方相氧化鋯纖維板，可以在1700。C-216(TC范 圍內(nèi)長時間使用，填補了此溫度范圍沒有保溫纖維板的空白。
(2) 采用吸濾成型方法，所制備的纖維板纖維分布均勻有序，高溫使用時平行于暴 露面方向線收縮小，有利于提高爐體長期高溫使用壽命。
(3) 本發(fā)明所制備的纖維板，成分單一無雜質(zhì)，是一種純凈的高溫耐火保溫材料， 不但能在1700'C 216(TC高溫的環(huán)境中長期使用，還能滿足晶體生長時苛刻的氣氛要 求。
(4) 制備工藝簡單，無需預(yù)先制備無機鋯膠粘結(jié)劑。



圖1為本發(fā)明的氧化鋯陶瓷纖維板的數(shù)碼照片。
具體實施方式
實施例1
本發(fā)明所述的氧化鋯陶瓷纖維板的制備方法為采用以下步驟 (1)制備全穩(wěn)定立方相氧化鋯纖維
A稱取氧氯化鋯(ZrOC1^8H20) 100g，溶于800ml乙醇中，按照摩爾比為氧氯化鋯 乙酰丙酮三乙胺=1:1.8:2.5的比例，量取60ml乙酰丙酮和110ml三乙胺，共同溶于 800毫升乙醇中，在5'C和攪拌條件下，將乙酰丙酮和三乙胺的乙醇稀釋液霧化加入到 氧氯化鋯乙醇稀釋液中，加完后繼續(xù)攪拌3小時，得到金黃色透明反應(yīng)液，4(TC旋轉(zhuǎn) 蒸發(fā)除去溶劑乙醇，直至近干，獲得淡黃色的粘結(jié)物，按照氧氯化鋯丙酮400g:500ml 的比例加入500ml丙酮，攪拌使可溶物溶解，壓濾除去不溶的鹽酸三乙胺白色沉淀， 獲得金黃色透明濾液，5(TC旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去溶劑丙酮，直至獲得干結(jié)的淡黃色固形物70g， 即為產(chǎn)物含鋯有機聚合物；
B按照反應(yīng)物氧氯化鋯:乙醇^00g:20ml的比例，將所得產(chǎn)物含鋯有機聚合物70g 溶入20ml乙醇中，并按照摩爾比相當(dāng)于氧化鋯:氧化釔=90%:10%的比例，摻入22.3g 硝酸釔(Y(N03)3.6H20)，密封靜置得到金黃色均勻透明的紡絲液；
C采用離心盤甩絲法紡絲，在溫度為l(TC，相對濕度為20%，離心機轉(zhuǎn)速為 15000r/min，甩絲盤邊緣線速度為30m/s的條件下，將紡絲液高速甩出，獲得無序堆積 的含鋯有機聚合物纖維；
D將含鋯有機聚合物纖維置于氣氛程控爐內(nèi)，在有機蒸汽氣氛下，以rC/min的 升溫速度，在室溫 1200°C的溫度范圍內(nèi)進行熱處理，獲得全穩(wěn)定立方相氧化鋯品體E使用直徑為12厘米的燒嘴產(chǎn)生的乙炔氣體火焰對熱處理后的纖維噴吹，火焰溫 度1800。C，噴吹時間5min，可獲得純凈的、晶粒發(fā)育充分的全穩(wěn)定立方相氧化鋯晶體 纖維，直徑8-15微米，長度l-50厘米。
(2)將全穩(wěn)定立方相氧化鋯纖維100克，使用切絲機短切至3-5mm，置于料漿池 中，再加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的聚乙烯醇溶液；在料漿池中攪拌3分鐘，將模具置于料 漿池中，打開真空泵，使用真空吸濾成型，將纖維板濕坯在100'C的溫度下干燥24小 時；然后置于空氣氣氛電爐中，在165(TC燒結(jié)5小時。所得氧化鋯纖維板性能如下 容重250 kg/m3，長期使溫度為2100°C，熱導(dǎo)率為0.18W/mK，收縮率在165(T024h 條件下為0.9%， 2100'Cxl h條件下為2%。 實施例2
同實施例1所述，不同之處在于將全穩(wěn)定立方相氧化鋯纖維100克，使用切絲機 短切至lmm，然后置于料槳池，加入20克常溫下為立方晶相的氧化鋯細(xì)粉，氧化鋯 摻入摩爾分?jǐn)?shù)為9%的硝酸釔穩(wěn)定，所制含Zr02纖維板性能如下容重300kg/m3，熱 導(dǎo)率為0.25W/mK，收縮率在165(TCx24h條件下為0.7%， 2100°01 h條件下為1.5%。 實施例3
同實施例i所述，不同之處在于將全穩(wěn)定立方相氧化鋯纖維ioo克，使用切絲機
短切至2mm，然后置于料槳池，加入50克摻入摩爾分?jǐn)?shù)為10%的乙酰丙酮釔穩(wěn)定的 常溫下為立方晶相的氧化鋯細(xì)粉。所制含Zr02纖維板性能如下容重400 kg/m3，熱 導(dǎo)率為0.28W/mK，收縮率在1650。Cx24h條件下為0.65%， 2100°Cxlh條件下為1.4%。 實施例4
同實施例1所述，不同之處在于在175(TC燒結(jié)5小時。所制含Zr02纖維板性能如 下容重250kg/m3，長期使溫度為2100°C，熱導(dǎo)率為0.18W/mK，收縮率在1650'O24h 條件下為0.5%， 2100°Cxl h條件下為1.8%。 實施例5
同實施例2所述，不同之處在于加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1%和0.1%的聚乙烯醇和聚 丙烯酰胺溶液中，并在真空試驗電爐中170(TC燒結(jié)6小時。所制含Zr02纖維板性能如 下容重400 kg/m3，熱導(dǎo)率為0.28W/mK，收縮率在165(TCx24h條件下為0.3%， 2100°Cxl h條件下為1.2%。 實施例6
同實施例2所述，不同之處在于加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%的聚丙烯酰胺溶液中，并在 工業(yè)燃?xì)鉅t中1600'C燒結(jié)8小時。所制含Zr02纖維板性能如下容重400 kg/m3，熱
7導(dǎo)率為0.28W/mK，收縮率在1650。Cx24h條件下為0.3%， 2100°C><1 h條件下為1.2%。 實施例7
同實施例2所述，不同之處在于加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.4%和0.6%的聚乙烯醇和聚 丙烯酰胺溶液中，并在氮氫氣氛電爐中1750。C燒結(jié)5小時。所制含Zr02纖維板性能如 下容重400 kg/m3，熱導(dǎo)率為0.28W/mK，收縮率在1650T>24h條件下為0.3%， 210(TCxl h條件下為1.2%。 實施例8
同實施例2所述，不同之處在于加入10克摻入摩爾分?jǐn)?shù)為10%的乙酰丙酮釔、硝 酸釔和異丙醇釔穩(wěn)定的氧化鋯細(xì)粉；將纖維板濕坯在5(TC的溫度下干燥20小時。所制 含Zr02纖維板性能如下容重400kg/m3，熱導(dǎo)率為0.28W/mK，收縮率在1650°O24h 條件下為0.65%， 2100'Cxl h條件下為1.4%。 實施例9
同實施例2所述，不同之處在于加入30克摻入摩爾分?jǐn)?shù)為9%的氯化釔穩(wěn)定的氧 化鋯細(xì)粉；將纖維板濕坯在8(TC的溫度下干燥30小時。所制含Zr02纖維板性能如下 容重400 kg/m3，熱導(dǎo)率為0.28W/mK，收縮率在1650°C><24h條件下為0.65%, 2100'Cxl h條件下為1.4%。 實施例10
同實施例3所述，不同之處在于將纖維板濕坯在12(TC的溫度下干燥25小時。
8
權(quán)利要求
1. 一種氧化鋯陶瓷纖維板的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)切絲將氧化鋯纖維短切至1mm-3mm；(2)制漿將短切好的纖維與全穩(wěn)定氧化鋯細(xì)粉按質(zhì)量比10～0.5比例置于料漿池中，然后加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1-1％的有機結(jié)合劑溶液，配制成氧化鋯纖維漿體并攪拌，攪拌時間不低于3分鐘；(3)吸濾成型將模具置于料漿池中，打開真空泵，通過真空吸濾，獲得成型的纖維板濕坯；(4)干燥將纖維板濕坯在50-120℃范圍內(nèi)進行干燥，時間為20-30小時；(5)高溫?zé)Y(jié)將干燥好的纖維板，放置于高溫爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1600℃-1750℃，時間5-8小時，得到氧化鋯纖維板。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的氧化鋯陶瓷纖維板的制備方法，其特征在于所述的氧化鋯 纖維為全穩(wěn)定立方相纖維，直徑為8-15微米。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的氧化鋯陶瓷纖維板的制備方法，其特征在于所述的氧化鋯纖維采用以下步驟制備(1) 按照氧氯化鋯乙醇400g:800 1000ml的比例將氧氯化鋯溶于乙醇中，按照摩爾 比為氧氯化鋯乙酰丙酮三乙胺=1:1.8 2.0:2.5的比例量取乙酰丙酮和三乙胺，共同 溶于與溶解氧氯化鋯的乙醇等量的另一份乙醇中，在0'C 50'C和攪拌條件下，將乙酰 丙酮和三乙胺的乙醇稀釋液霧化加入到氧氯化鋯乙醇稀釋液中，加完后繼續(xù)攪拌得到 金黃色透明反應(yīng)液；(2) 蒸干乙醇，以丙酮為溶劑溶解可溶物，過濾除去不溶物鹽酸三乙胺，回收丙酮，得 含鋯有機聚合物；(3) 按照反應(yīng)物氧氯化鋯乙醇400g:10 50ml的比例，將產(chǎn)物含鋯有機聚合物溶入 乙醇中，并按照摩爾比為氧化鋯氧化釔=80% 91%:20% 9%的比例，摻入釔鹽，密 封靜置，得到紡絲液；(4) 采用離心盤甩絲法獲得含鋯有機聚合物纖維，在特殊氣氛下，進行熱處理，獲得立 方相氧化鋯晶體纖維；所述特殊氣氛是有機蒸汽、氮氣、水蒸汽或它們的混合氣體氣 氛，有機蒸汽是含鋯有機聚合物溶液加熱產(chǎn)生的蒸汽。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的氧化鋯陶瓷纖維板的制備方法，其特征在于所述的氧化鋯 纖維經(jīng)過超高溫處理。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的氧化鋯陶瓷纖維板的制備方法，其特征在于所述的超高溫處理步驟為使用直徑為8-12厘米的燒嘴產(chǎn)生的氣體火焰對熱處理后的纖維噴吹，火 焰溫度1800°C-2200°C，噴吹時間為5min-lh，氣體火焰為氫氣、乙炔、丙垸、天然氣、 煤氣和瓦斯氣火焰中的一種或一種以上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋯陶瓷纖維板的制備方法，其特征在于所述的氧化鋯 細(xì)粉為摩爾分?jǐn)?shù)為8%-15%的釔鹽穩(wěn)定的氧化鋯，常溫下為立方晶相。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的氧化鋯陶瓷纖維板的制備方法，其特征在于所述的釔鹽為 硝酸釔、乙酰丙酮釔、異丙醇釔和氯化釔中的一種或一種以上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋯陶瓷纖維板的制備方法，其特征在于所述的有機結(jié)合劑為聚乙烯醇、聚丙烯酰胺或兩者的混合物。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋯陶瓷纖維板的制備方法，其特征在于所述的高溫爐為空氣氣氛電爐、氮氫氣氛電爐、真空試驗電爐和工業(yè)燃?xì)鉅t中的一種。
全文摘要
本發(fā)明屬于無機耐火材料領(lǐng)域，涉及一種以氧化鋯纖維為基礎(chǔ)的耐火保溫纖維板的制備方法，主要步驟為以全穩(wěn)定立方相氧化鋯纖維為基相，以氧化鋯細(xì)粉作為填料，加入有機結(jié)合劑制備漿體，再經(jīng)吸濾成型、干燥、高溫?zé)Y(jié)制備氧化鋯陶瓷纖維板。本發(fā)明制備工藝簡單，所制備的纖維板，成分均勻單一，耐高溫，可在1700℃～2160℃的環(huán)境下長時間使用。
文檔編號C04B35/48GK101462876SQ20091001378
公開日2009年6月24日 申請日期2009年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月14日
發(fā)明者侯憲欽, 李現(xiàn)祥 申請人:濟南大學(xué)