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耐火纤维的生产发展趋势分析

[ 发布日期:2018-07-06 点击:1016 来源:中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司 【打印此文】 【关闭窗口】]

氧化铝纤维是一种新型无机材料,有优异的高温力学性能,良好的抗化学侵蚀能力、低的导热率等特点。氧化铝纤维是当今世界最新型的超轻质高温耐火纤维,是整个Al2O3·SiO2系耐火纤维中的一种,使用温度在1350 ~ 1500℃,高出玻璃态纤维200 ~ 300 ℃。

(1)氧化铝纤维的生产工艺。

氧化铝纤维一般是采用化学胶体法制取的,是按形成单一晶体莫来石(3Al2O3·2SiO2)或氧化铝(α-Al2O3)进行化学配方的,化学成分是:Al2O372% ~95%SiO25%~28%。其原理是将可溶性铝、硅制成具有一定黏度的胶体溶液。用常规方法对液体甩丝,再经高温热处理完成预结晶和转变成稳定相,制得多晶氧化铝纤维。所制得的纤维棉(散状)时作高温部位夹层的填充料,将散棉用湿法真空成型可制得混配纤维系列品种,如板、毡、砖、标异预制件、模块、组合部件等。

陶瓷纤维

(2)氧化铝纤维的应用。

氧化铝纤维主要用于高温绝热材料(短纤维)和增强复合材料(晶须及连续纤维),可以编织成无纺布,编织带、绳索等各种形状的纤维制品。可广泛应用于冶金、机械、电子、陶瓷、化工、航天等高温工业窑炉及其他热工设备的内衬绝热。以达到节能增产,延长炉体寿命。改善工作环境之目的。

耐火纤维特殊用途及进展:

人造纤维增强材料(玻璃纤维)最早出现在20世纪40年代,此后50多年的时间内复合材料工业逐年增长,到1997年世界总产量约达500t,价值在250亿1450亿美元之间。先进复合材料仅占其总量的1%,价值比例约占7%。是最具发展前途的部分。其中连续纤维增强材料占有相当大的比例,尤其在需要高比力学性能的应用领域占绝对优势,是高技术范畴重要材料支撑。

研究表明,无论材料的形状和结构如何复杂,具有最高比模量(E/P)、比强度的材料是力学性能最好的材料。将材料加工成几到几十微米直径的纤维形状,因尺寸效应,可有效减少内部微孔、缺陷,并有机会调节分子或结晶结构择优取向,是获得高比极限强度的最佳方式之一。但纤维的形状很大程度上限制了其作为结构材料在众多场合的应用。

选择高比模量材料,将其加工成纤维形状,并将基质掺入纤维,基质可连接、保护纤维并賦予材料必要的性能,形成具有高比力学行为的复合材料。用连续纤维做增强材料有下列明显优势:由于纤维的高长径比特征,连续纤维增强复合材料可使纤维性能最大程度转变成复合材料的工程性能。将最大体积分数连续纤维进行更有效精确布局,在承担负荷方向将纤维互相平行排列,则制成的材料可提供最优异的比力学性。使材料性能具有最大程度的可预见性。材料更难发生很多纤维同时断裂的灾难性破坏,同时賦予其高度各向异性特征。将材料制成直径很细的纤维,可有效提高其可变形性,将给编织各种形式的增强物和使用多种高效加工技术制造复合材料留下更大空间。尽管加工难度相对增大,但可完成其他材料难以胜任的工作。减少纤维长度会同时造成复合材料工程性能的劣化,短纤维复合材料对纤维与基质之间的热不匹配敏感程度高于长纤维复合材料,尽管该材料可改善其他性能并可用低成本的常规方法加工,但增强剂的均匀分布 是个难题。

近几年,尽管碳纳米管复合材料的研究取得重要进展,然而在制备有市场竞争力的大型复合材料方面,在开展最优化结构的加工、表征和分析技术方面都存在巨大挑战。一些应用领域要求材料必须以纤维形状出现。Larbalestier说,我们需要的超导材料必须是电连续的,否则它不能应用。将高温氧化超导材料与银及其他金属基质制成多丝束超导复合纤维,尺寸为2.5mm X 0.25mm、长度为6km的多丝束超导复合纤维制成变压器绕组,用液氮为冷却剂,此变压器能量损失仅为一般材料变压器的1/5, 并且体积小、质量轻、更安全。陶瓷纤维为三维网状或粒状结构,属各向同性材料,甚至横向性能优于纵向性能。

陶瓷基复合材料的耐温极限主要受纤维的耐温能力所限,目前世界上尚没有一种成熟纤维适用于1650℃陶瓷基复合材料,缺乏纤维已成为发展CMC的最大障碍,美、日等国均在加紧研究,并取得了重大突破,高性能的碳化硅纤维和氧化铝纤维是两种很有希望的纤维。

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