本發(fā)明屬于耐火隔熱材料領域，具體涉及一種制備中空氧化鋯隔熱纖維的方法。

背景技術：

工業(yè)生產中，隔熱部件大量使用了纖維狀的氧化鋯，二氧化鋯(ZrO₂)具有良好的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，優(yōu)良的高溫導電性及較高的高溫強度和韌性，良好的抗腐蝕性和穩(wěn)定性，是目前發(fā)展迅速的特種陶瓷的重要原料，可用于生產高溫結構陶瓷、生物陶瓷和電子陶瓷等。二氧化鋯還具有馬氏體相變的特性，這是二氧化鋯被用來提高陶瓷材料的韌性和耐火材料熱震穩(wěn)定性的重要依據(jù)。(尹衍升，李嘉.氧化鋯陶瓷及其復合材料[M].北京：化學工業(yè)出版社，2003：1-10)氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)陶瓷具有高的機械強度、良好的高溫熱穩(wěn)定性和耐化學腐蝕性能等。作為爐襯材料，大大節(jié)省了熱工窯爐中由于爐襯材料所造成的能源消耗，在節(jié)能方面為熱工窯爐上了新的臺階。(胡利明，陳琳，高杰等.隔熱陶瓷纖維及制品[J]，現(xiàn)在技術陶瓷，2002(1)：24-26.)氧化鋯纖維具有優(yōu)異的隔熱性能，同時能在高溫下連續(xù)工作，因此在隔熱耐火材料中占有極其重要的地位。它在航空器、航天器絕熱部件，電池隔膜，各種加熱爐、等靜壓爐、保溫均熱爐、寶石爐爐襯，原子能反應堆隔熱部件等得到廣泛的應用。目前使用的氧化鋯纖維都為實心，這些纖維堆積在一起雖然具有較好的保溫性能，但其實心構造卻不利于鎖定空氣和獲得更優(yōu)異的隔熱性能。

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為解決現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種簡單、穩(wěn)定、實用的制備中空氧化鋯隔熱纖維的方法。

技術方案：實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術解決方案為：本發(fā)明提供了一種用四氯化錫添加劑制備中空氧化鋯隔熱材料的方法，步驟如下：

(1)以含鋯化合物和穩(wěn)定劑硝酸釔為原料，以四氯化錫為添加物，將其混合，硝酸釔與含鋯化合物的質量比為7.5:100，含鋯化合物、四氯化錫質量比為50:1～50:2。再將混合溶質溶于水配成溶液，含鋯化合物與水質量比為10:100～20:100的溶液；

(2)將纖維狀載體浸入上述溶液浸泡大于10min后，取出烘干；

(3)將經過前兩個步驟的纖維狀載體在有氧氣氛中以1～30℃/min的升溫速率燒結至500～1800℃，保溫0～24h，制得中空氧化鋯隔熱纖維。

進一步地，步驟1中所述的含鋯化合物為氧氯化鋯、硝酸鋯、鋯的醇鹽等；配成的溶液中含鋯化合物與水的質量比優(yōu)選10:100～20:100；

進一步地，步驟2中所述的纖維狀載體為粘膠纖維、棉線、棉花纖維、蠶絲等；浸泡時間優(yōu)選10min～2h；

進一步地，步驟3中所述的有氧氣氛為空氣、純氧氣氣氛；升溫速率優(yōu)選2～10℃/min；燒結溫度優(yōu)選800～1400℃；保溫時間優(yōu)選0.5～2h。

本發(fā)明纖維狀載體經混合溶液浸泡后，含鋯化合物、穩(wěn)定劑以及水化后的五合四氯化錫產物Sn(OH)₄進入到載體纖維中。在烘干并燒結的升溫過程中，含鋯化合物轉變?yōu)檠趸?。較高溫度時，纖維狀載體分解燒蝕，穩(wěn)定劑保證氧化鋯不發(fā)生相變，留下氧化鋯與氧化錫混合物的纖維，使得所得纖維表面并不光滑。此過程中，四氯化錫水解后產生的Sn(OH)₄，為了降低表面能使得在燒結過程中由纖維內部向內收縮，在加上在燒結過程中纖維載體燃燒釋放出的氣體的沖擊，使得氧化鋯纖維呈中空狀。

有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點是：

本發(fā)明利用四氯化錫作為添加物，將其與氧氯化鋯或硝酸鋯原料混合并溶于水，再通過浸漬含鋯溶液獲得前驅體，高溫煅燒后制備出中空氧化鋯纖維。所制備的氧化鋯隔熱纖維呈中空狀，這樣的纖維堆積在一起，可以將空氣劃分為更細小的空間。在傳熱過程中，空氣的流動比在實心纖維中更困難，熱導率更低、有利于隔熱性能的提高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例1中制得的中空氧化鋯纖維高倍率微觀結構圖。

圖2是本發(fā)明實施例2中制得的中空氧化鋯纖維高倍率微觀結構圖

圖3是本發(fā)明實施例1和2中制得的中空氧化鋯纖維低倍率微觀結構圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。

一種用四氯化錫添加劑制備中空氧化鋯隔熱材料的方法，其步驟如下：

(1)以氧氯化鋯、硝酸鋯等含鋯化合物和穩(wěn)定劑硝酸釔為原料，以四氯化錫為添加物，將其混合，硝酸釔與含鋯化合物的質量比為7.5:100，含鋯化合物、四氯化錫質量比為50:1～50:2。再將混合溶質溶于水配成溶液，含鋯化合物與水的質量比為10:100～20:100；

(2)將粘膠纖維、、棉線、棉花纖維等纖維狀載體浸入上述溶液浸泡10min～2h后，取出烘干；

(3)將經過前兩個步驟的纖維狀載體在空氣或純氧氣氣氛中以2～10℃/min的升溫速率燒結至800～1400℃，保溫0.5～2h，制得中空氧化鋯隔熱纖維。

實施例1

取20.43g的氧氯化鋯溶入120ml去離子水中，加入硝酸釔穩(wěn)定劑與五合四氯化錫混合，配制質量分數(shù)為8％的氧化鋯浸漬溶液。將棉花纖維載體浸入上述溶液浸泡10min后，取出烘干；將烘干后的棉花纖維載體在空氣中以3℃/min的升溫速率燒結至800℃，保溫2h，制得中空氧化鋯隔熱纖維。在800℃下燒結，從X射線衍射圖譜可知該材料為單斜相與四方相的混合氧化鋯。圖1所示為制得的氧化鋯纖維掃描電鏡高倍率照片，可見纖維呈中空狀。圖3中a所示為氧化鋯纖維掃描電鏡低倍率照片，可見纖維連續(xù)性很好，從中可得出，熱導率更低、隔熱性能的提高。

實施例2

取9.4、14.7、20.43g的硝酸鋯分別溶入120ml去離子水中，加入硝酸釔穩(wěn)定劑與五合四氯化錫混合，分別配制質量分數(shù)為4％、6％、8％的浸漬溶液，將粘膠纖維浸漬到鹽溶液10min后，擠出多余溶液并烘干，將烘干后的粘膠纖維載體在空氣中以3℃/min的升溫速率燒結至900℃，保溫2h，煅燒后可得到氧化鋯隔熱纖維。從X射線衍射圖譜可知該材料為四方相的氧化鋯。圖2所示為制得的氧化鋯纖維掃描電鏡高倍率照片，可見纖維部分呈中空狀。圖3中b所示為氧化鋯纖維掃描電鏡低倍率照片，可見所得纖維連續(xù)性很好，從中可得出，熱導率更低、隔熱性能的提高。

應當指出：對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。