本發(fā)明屬于耐火隔熱材料領(lǐng)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(shù)：

工業(yè)生產(chǎn)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(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，優(yōu)良的高溫導(dǎo)電性及較高的高溫強(qiáng)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(chǎn)高溫結(jié)構(gòu)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(fù)合材料[M].北京：化學(xué)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(jī)械強(qiáng)度、良好的高溫?zé)岱€(wěn)定性和耐化學(xué)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(tái)階。(胡利明，陳琳，高杰等.隔熱陶瓷纖維及制品[J]，現(xiàn)在技術(shù)陶瓷，2002(1)：24-26.)氧化鋯纖維具有優(yōu)異的隔熱性能，同時(shí)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(yīng)堆隔熱部件等得到廣泛的應(yīng)用。目前使用的氧化鋯纖維都為實(shí)心，這些纖維堆積在一起雖然具有較好的保溫性能，但其實(shí)心構(gòu)造卻不利于鎖定空氣和獲得更優(yōu)異的隔熱性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

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

技術(shù)方案：實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：本發(fā)明提供了一種基于中空氧化鋯的隔熱材料組合物，按重量份計(jì)包括如下組分：

中空氧化鋯100份、高鋁礬土熟料15～20份、鋁酸鈣水泥5～8份、聚醋酸乙烯酯乳液2～5份、氣相二氧化硅3～6份、水合硅酸鎂超細(xì)粉5～7份、礬土1～4份、檸檬酸鈉1～3份。

上述中空氧化鋯的制備方法為：

(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(zhì)量比為7.5:100，含鋯化合物、四氯化錫質(zhì)量比為50:1～50:2。再將混合溶質(zhì)溶于水配成溶液，含鋯化合物與水質(zhì)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(jīng)過前兩個(gè)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(jié)至500～1800℃，保溫0～24h，制得中空氧化鋯隔熱纖維。

進(jìn)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(zhì)量比優(yōu)選10:100～20:100；

進(jìn)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(shí)間優(yōu)選10min～2h；

進(jìn)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(jié)溫度優(yōu)選800～1400℃；保溫時(shí)間優(yōu)選0.5～2h。

上述基于中空氧化鋯的隔熱材料組合物的制備方法，其制備步驟為：

1)、按重量稱取相應(yīng)原料組分，混合攪拌成料漿，使料漿呈流動(dòng)性；

2)、將料漿倒入環(huán)形模具內(nèi)，利用振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)或手持?jǐn)嚢魮v弄模具內(nèi)的漿料，使?jié){料內(nèi)的氣泡充分排除，漿料密實(shí)，然后靜止凝固；

3)、凝固出模，在室溫下干燥20～24小時(shí)，再入80℃烘箱干燥26～32小時(shí)；

4)、將干燥后的環(huán)形坯體放入窯爐內(nèi)加溫至1300℃，保溫4～6小時(shí)即可出爐。

本發(fā)明纖維狀載體經(jīng)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(chǎn)物Sn(OH)₄進(jìn)入到載體纖維中。在烘干并燒結(jié)的升溫過程中，含鋯化合物轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸?。較高溫度時(shí)，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(chǎn)生的Sn(OH)₄，為了降低表面能使得在燒結(jié)過程中由纖維內(nèi)部向內(nèi)收縮，在加上在燒結(jié)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(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是：

本發(fā)明中空氧化鋯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(qū)體，高溫煅燒后制備出呈中空狀中空氧化鋯纖維，能夠與本發(fā)明其他組分相互配合，能夠更大效率的利用中空氧化鋯纖維功能，可以將空氣劃分為更細(xì)小的空間，在傳熱過程中，空氣的流動(dòng)比在實(shí)心纖維中更困難，熱導(dǎo)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(shí)施例1中制得的中空氧化鋯纖維高倍率微觀結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例2中制得的中空氧化鋯纖維高倍率微觀結(jié)構(gòu)圖

圖3是本發(fā)明實(shí)施例1和2中制得的中空氧化鋯纖維低倍率微觀結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

本實(shí)施例中中空氧化鋯的隔熱材料組合物，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(zhì)量比為7.5:100，含鋯化合物、四氯化錫質(zhì)量比為50:1～50:2。再將混合溶質(zhì)溶于水配成溶液，含鋯化合物與水的質(zhì)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(jīng)過前兩個(gè)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(jié)至800～1400℃，保溫0.5～2h，制得中空氧化鋯隔熱纖維。

實(shí)施例1

一種基于中空氧化鋯的隔熱材料組合物，按重量份計(jì)包括如下組分：

中空氧化鋯100份、高鋁礬土熟料20份、鋁酸鈣水泥5份、聚醋酸乙烯酯乳液2份、氣相二氧化硅3份、水合硅酸鎂超細(xì)粉5份、礬土1份、檸檬酸鈉1份。

其中中空氧化鋯的制備方法為：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(zhì)量分?jǐn)?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(jié)至800℃，保溫2h，制得中空氧化鋯隔熱纖維。在800℃下燒結(jié)，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(dǎo)率更低、隔熱性能的提高。

上述基于中空氧化鋯的隔熱材料組合物的制備方法，其制備步驟為：

1)、按重量稱取相應(yīng)原料組分，混合攪拌成料漿，使料漿呈流動(dòng)性；

2)、將料漿倒入環(huán)形模具內(nèi)，利用振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)或手持?jǐn)嚢魮v弄模具內(nèi)的漿料，使?jié){料內(nèi)的氣泡充分排除，漿料密實(shí)，然后靜止凝固；

3)、凝固出模，在室溫下干燥20小時(shí)，再入80℃烘箱干燥26小時(shí)；

4)、將干燥后的環(huán)形坯體放入窯爐內(nèi)加溫至1300℃，保溫4小時(shí)即可出爐

實(shí)施例2

一種基于中空氧化鋯的隔熱材料組合物，按重量份計(jì)包括如下組分：

中空氧化鋯100份、高鋁礬土熟料15份、鋁酸鈣水泥8份、聚醋酸乙烯酯乳液5份、氣相二氧化硅6份、水合硅酸鎂超細(xì)粉7份、礬土4份、檸檬酸鈉3份。

其中中空氧化鋯的制備方法為：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(zhì)量分?jǐn)?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(jié)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(dǎo)率更低、隔熱性能的提高。

上述基于中空氧化鋯的隔熱材料組合物的制備方法，其制備步驟為：

1)、按重量稱取相應(yīng)原料組分，混合攪拌成料漿，使料漿呈流動(dòng)性；

2)、將料漿倒入環(huán)形模具內(nèi)，利用振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)或手持?jǐn)嚢魮v弄模具內(nèi)的漿料，使?jié){料內(nèi)的氣泡充分排除，漿料密實(shí)，然后靜止凝固；

3)、凝固出模，在室溫下干燥24小時(shí)，再入80℃烘箱干燥32小時(shí)；

4)、將干燥后的環(huán)形坯體放入窯爐內(nèi)加溫至1300℃，保溫4～6小時(shí)即可出爐。

實(shí)施例1和2相對(duì)于傳統(tǒng)隔熱材料，其隔熱性能提高25～30％。

應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)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(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。