本發(fā)明屬于一種以成分為特征的陶瓷組合物，特別涉及一種在富鋁纖維氈上原位生長莫來石晶須的方法，莫來石晶須的長短可以通過該方法得以控制。

背景技術(shù)：

富鋁耐火纖維氈具有耐高溫、抗熱震、容重小、熱導率低、化學穩(wěn)定性好、施工方便等許多優(yōu)點，在化工、冶金、陶瓷、建筑等工業(yè)中具有廣闊的應用前景。莫來石材料具有較好的耐高溫性能、抗高溫蠕變性能、抗熱震性能，以及良好的機械性能，同時還具有較高的化學穩(wěn)定性，較低的真密度以及較好的介電性能。莫來石晶須是一種特殊形態(tài)的莫來石晶體，具有一定長徑比，在自然界比較少見，由于其直徑非常細小，難以容納常規(guī)晶體材料中的缺陷，在其晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)部，原子排列高度有序，其強度與完美晶體的理論強度相接近。這種晶體的形成是莫來石異向生長的結(jié)果。在特定的條件下，莫來石晶體會沿著晶格的c軸方向生長，從而形成莫來石晶須。因此，除具有莫來石晶體特有的耐磨損性能良好，耐髙溫性能優(yōu)異(1750℃)，抗高溫氧化、熱膨脹系數(shù)較小，另外高溫下的力學性能極為優(yōu)異(如高溫強度高、抗熱震性能好、高溫螺變小)，并且由于晶須的內(nèi)部缺陷較小，具有特別優(yōu)異的力學性能。因此，莫來石晶須是一種優(yōu)異的復合材料用補強增韌材料，其開發(fā)應用必將促進復合材料的研究。莫來石在適當?shù)臈l件會發(fā)生各向異性生長,生長成針狀莫來石晶體，即莫來石-晶須。但目前有關(guān)在現(xiàn)有富鋁纖維氈原位生長莫來石晶須方面的研究很少，且原位生長的莫來石晶須長短很難控制，如何簡化制備流程、降低工藝成本是亟待解決的一個難點問題。

冷凍干燥是利用冰晶升華的原理，在高度真空的環(huán)境下，將已凍結(jié)了的食品物料的水分不經(jīng)過冰的融化直接從冰固體升華為蒸汽，由于物料的干燥在凍結(jié)狀態(tài)下完成，與其他干燥方法相比，物料的物理結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)變化極小，其組織結(jié)構(gòu)和外觀形態(tài)被較好地保存。在真空冷凍干燥過程中，物料不存在表面硬化問題。該方法的缺點是干燥速率較普通干燥法較慢，費用較高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的，是針對在富鋁纖維氈上制備莫來石晶須研究較少，而且很難控制莫來石晶須的長短這方面的不足。提供一種工藝簡單、成本低廉的且能顯著提高富鋁纖維氈機械性能的方法。

本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。

一種在富鋁纖維氈上原位生長莫來石晶須的方法，具有如下步驟：

(1)稱量硅溶膠，向其中添加去離子水予以稀釋，攪拌均勻得到硅溶膠稀釋液，硅溶膠稀釋液的濃度為0.033mol/L～0.667mol/L；再將富鋁纖維氈浸入硅溶膠稀釋液，在真空條件下浸漬0.5h，然后將其在0℃以下冷凍至浸漬液成為固體，隨后將冷凍后的固體置于冷凍干燥器中進行冷凍干燥；

(2)稱量硝酸鋁，以去離子水為溶劑配制硝酸鋁溶液，其濃度為0.100mol/L～2.000mol/L；該硝酸鋁溶液的濃度為步驟(1)中硅溶膠稀釋液濃度的3倍；再將步驟(1)中干燥好的富鋁纖維氈浸入硝酸鋁溶液，在真空條件下浸漬0.5h，然后將其在0℃以下冷凍至浸漬液凍成固體，隨后將冷凍后的固體置于冷凍干燥器中進行冷凍干燥；

(3)稱量氟化銨，以去離子水為溶劑，配制氟化銨溶液，其濃度為0.400mol/L～8.000mol/L；該氟化銨溶液的濃度為步驟(1)中硅溶膠稀釋液濃度的12倍；再將步驟(2)中干燥好的富鋁纖維氈浸入氟化銨溶液，在真空條件下浸漬0.5h，然后將其在0℃以下冷凍至浸漬液凍成固體，隨后將冷凍后的固體置于冷凍干燥器中進行冷凍干燥；

(4)將步驟(3)中干燥好的富鋁纖維氈在1200℃條件下進行熱處理1h～3h，即可在富鋁纖維氈的纖維上原位生長出針狀莫來石晶須。

所述步驟(1)的硅溶膠稀釋液的濃度為0.033mol/L。

所述步驟(2)的硝酸鋁溶液的濃度為0.100mol/L。

所述步驟(3)的氟化銨溶液的濃度為0.400mol/L。

本發(fā)明相對于目前常用的制備莫來石晶須的方法，其工藝流程簡單，能耗較低，能夠有效的控制原位生長的莫來石晶須的長短，并起到了改善富鋁纖維氈機械性能的作用。

附圖說明

圖1是未經(jīng)處理的富鋁纖維氈的1000倍SEM圖像；

圖2是實施例1中冷凍干燥好的富鋁纖維氈熱處理后得到的莫來石晶須的1000倍SEM圖像；

圖3是實施例2中冷凍干燥好的富鋁纖維氈熱處理后得到的莫來石晶須的1000倍SEM圖像；

圖4是實施例3中冷凍干燥好的富鋁纖維氈熱處理后得到的莫來石晶須的1000倍SEM圖像；

圖5是實施例4中冷凍干燥好的富鋁纖維氈熱處理后得到的莫來石晶須的1000倍SEM圖像；

圖6是富鋁纖維氈經(jīng)過真空浸漬結(jié)合冷凍干燥原位生長莫來石晶須后，抗壓強度的測試曲線圖。

具體實施方式

本發(fā)明所用硅溶膠、氟化銨和硝酸鋁均為天津光復精細化工研究所生產(chǎn)，為分析純試劑。本發(fā)明所用富鋁纖維氈為浙江宏達晶體纖維有限公司生產(chǎn)。

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步具體的說明。

實施例1

(1)稱量硅溶膠，向其中添加去離子水予以稀釋，配置成濃度為0.033mol/L硅溶膠稀釋液，將富鋁纖維氈浸入硅溶膠稀釋液，在真空條件下浸漬0.5h，然后將其在0℃以下冷凍至浸漬液冷凍成固體，隨后在冷凍干燥器上進行冷凍干燥；

(2)稱量硝酸鋁，向其中加入去離子水配置成濃度為0.1mol/L的硝酸鋁溶液，將步驟(1)中干燥好的富鋁纖維氈浸入硝酸鋁溶液，在真空條件下浸漬0.5h，然后將其在0℃以下冷凍至浸漬液凍成固體，隨后在冷凍干燥器上進行冷凍干燥；

(3)稱量氟化銨，向其中加入去離子水配置成濃度為0.4mol/L的氟化銨溶液，將步驟(2)中干燥好的富鋁纖維氈浸入氟化銨溶液，在真空條件下浸漬0.5h，然后將其在0℃以下冷凍至浸漬液凍成固體，隨后在冷凍干燥器上進行冷凍干燥；

(4)將步驟(3)中干燥好的富鋁纖維氈在1200℃條件下進行熱處理2h，即可在富鋁纖維氈上原位生長出針狀莫來石晶須。

實施例1中富鋁纖維氈的SEM圖像如圖1所示。從圖1中不難看出，未經(jīng)處理的富鋁纖維氈的纖維為長纖維，且表面較為光華。圖2是實施例1中冷凍干燥好的富鋁纖維氈熱處理后得到的莫來石晶須的1000倍SEM圖像。經(jīng)過1200℃熱處理后，通過沉淀反應引入的氟化鋁量較少，生成莫來石晶須的富氟氣氛的過飽和度較低，最終得到長度較小的莫來石晶須。

實施例2

(1)稱量硅溶膠，向其中添加去離子水予以稀釋，配置成濃度為0.1mol/L硅溶膠稀釋液，將富鋁纖維氈浸入硅溶膠稀釋液，在真空條件下浸漬0.5h，然后將其在0℃以下冷凍至浸漬液冷凍成固體，隨后在冷凍干燥器上進行冷凍干燥；

(2)稱量硝酸鋁，向其中加入去離子水配置成濃度為0.3mol/L的硝酸鋁溶液，將步驟(1)中干燥好的莫來石塊體浸入硝酸鋁溶液，在真空條件下浸漬0.5h，然后將其在0℃以下冷凍至浸漬液凍成固體，隨后在冷凍干燥器上進行冷凍干燥；

(3)稱量氟化銨，向其中加入去離子水配置成濃度為1.2mol/L的氟化銨溶液，將步驟(2)中干燥好的莫來石塊體浸入氟化銨溶液，在真空條件下浸漬0.5h，然后將其在0℃以下冷凍至浸漬液凍成固體，隨后在冷凍干燥器上進行冷凍干燥；

(4)將步驟(3)中干燥好的莫來石塊體在1200℃條件下進行熱處理2h，即可在富鋁纖維氈上原位生長出針狀莫來石晶須。

實施例2的浸漬液中硅溶膠、硝酸鋁和氟化銨的含量較實施例1有所增加。由圖3可以看出，晶須的長度較實施例1有所增長，晶須分布更為致密。經(jīng)過1200℃熱處理，浸入莫來石塊體中的二氧化硅和氟化鋁發(fā)生一系列氣相反應，在富氟氣氛的條件下，以富鋁纖維為生長基板，通過外延生長，最終生成分布均勻且較實施例1更為致密的莫來石晶須，晶須的長徑比明顯增大。對生長晶須后的纖維氈進行抗壓強度測試，發(fā)現(xiàn)抗壓強度顯著提升。由此可見，利用真空浸漬技術(shù)結(jié)合冷凍干燥法向莫來石塊體纖維塊體中引入氟化鋁，可以原位生長出分布均勻且密集的針狀莫來石晶須。對生長晶須后的莫來石是塊體的抗壓強度進行測試可看出，莫來石塊體的抗壓強度得到顯著提高。

實施例3

(1)稱量硅溶膠，向其中添加去離子水予以稀釋，配置成濃度為0.16mol/L硅溶膠稀釋液，將富鋁纖維氈浸入硅溶膠稀釋液，在真空條件下浸漬0.5h，然后將其在0℃以下冷凍至浸漬液冷凍成固體，隨后在冷凍干燥器上進行冷凍干燥；

(2)稱量硝酸鋁，向其中加入去離子水配置成濃度為0.5mol/L的硝酸鋁溶液，將步驟(1)中干燥好的莫來石塊體浸入硝酸鋁溶液，在真空條件下浸漬0.5h，然后將其在0℃以下冷凍至浸漬液凍成固體，隨后在冷凍干燥器上進行冷凍干燥；

(3)稱量氟化銨，向其中加入去離子水配置成濃度為2.0mol/L的氟化銨溶液，將步驟(2)中干燥好的莫來石塊體浸入氟化銨溶液，在真空條件下浸漬0.5h，然后將其在0℃以下冷凍至浸漬液凍成固體，隨后在冷凍干燥器上進行冷凍干燥；

(4)將步驟(3)中干燥好的莫來石塊體在1200℃條件下進行熱處理2h，即可在富鋁纖維氈上原位生長出針狀莫來石晶須。

圖4是實施例3中冷凍干燥好的富鋁纖維氈熱處理后得到的莫來石晶須的1000倍SEM圖像。

經(jīng)過3次真空浸漬和冷凍干燥后得到的富鋁纖維氈中浸入的二氧化硅和氟化鋁沉淀混合顆粒量多于實施例1和實施例2；經(jīng)過熱處理后，莫來石晶須長徑比大于實施例1和實施例2。這是由于通過沉淀反應引入的氟化鋁量增多，在熱處理過程中形成的富氟氣氛的濃度增大，反應氣相促使晶體沿長度方向繼續(xù)生長，晶須長徑比增大，抗壓強度提升。

實施例4

(1)稱量硅溶膠，向其中添加去離子水予以稀釋，配置成濃度為0.67mol/L硅溶膠稀釋液，將莫來石塊體浸入硅溶膠稀釋液，在真空條件下浸漬0.5h，然后將其在0℃以下冷凍至浸漬液冷凍成固體，隨后在冷凍干燥器上進行冷凍干燥；

(2)稱量硝酸鋁，向其中加入去離子水配置成濃度為2.0mol/L的硝酸鋁溶液，將步驟(1)中干燥好的莫來石塊體浸入硝酸鋁溶液，在真空條件下浸漬0.5h，然后將其在0℃以下冷凍至浸漬液凍成固體，隨后在冷凍干燥器上進行冷凍干燥；

(3)稱量氟化銨，向其中加入去離子水配置成濃度為8.0mol/L的氟化銨溶液，將步驟(2)中干燥好的莫來石塊體浸入氟化銨溶液，在真空條件下浸漬0.5h，然后將其在0℃以下冷凍至浸漬液凍成固體，隨后在冷凍干燥器上進行冷凍干燥；

(4)將步驟(3)中干燥好的莫來石塊體在1200℃條件下進行熱處理3h，即可在富鋁纖維氈上原位生長出針狀莫來石晶須。

圖5是實施例4中冷凍干燥好的富鋁纖維氈熱處理后得到的莫來石晶須的1000倍SEM圖像。

經(jīng)過3次真空浸漬和冷凍干燥后得到的富鋁纖維氈中浸入的二氧化硅和氟化鋁沉淀混合顆粒量多于實施例1、實施例2、實施例3；經(jīng)過熱處理后，莫來石晶須呈棒狀，晶須長徑比小于實施例1晶須的長徑比。這是由于通過沉淀反應引入的氟化鋁量過多，在熱處理過程中形成的富氟氣氛的濃度過大，反應物過量，超過了晶須外延生長所需的量，剩余氣相促使晶體沿其它方向生長，導致晶體各向生長速度差別減小，晶須長徑比降低，晶須粗化。這種粗化也使得其抗壓強度明顯提升。(如圖6所示)實施例4中的彈性模量要明顯高于其他幾個實施例。

本發(fā)明的在富鋁纖維氈上原位生長莫來石晶須的方法，適用于所有含硅纖維塊體。

上述對實施例的描述是便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對于本發(fā)明做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

本發(fā)明所列舉的各原料都能實現(xiàn)本發(fā)明，以及原料的上下限取值、區(qū)間值都能實現(xiàn)本發(fā)明，再此不一一進行舉例說明。