被称为第五能源的陶瓷纤维都有哪些典型纤维

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时间:2022-04-23

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陶瓷纤维作为一类重要的陶瓷材料,得到众多研究者的广泛关注。20世纪70年代初,我国开始研制陶瓷纤维,到90年代,该技术得到迅猛发展,其市场需求量每年以10~15%的速度增长。因其在耐火、保温节能工程中的应用,陶瓷纤维被赋予“第五能源产品”的美称,是一种发展前景广阔的产品。那么典型的陶瓷纤维有哪些呢?可靠的生产厂家又有哪些?


ZrO2纳米纤维

ZrO2纳米纤维是一种氧化物陶瓷纤维,熔点高达2700℃,1900℃的高温条件下也不与熔融的铝、铂、铁、镍等金属发生反应,具有极好的化学稳定性。

ZrO2具有高电阻率、高折射率、耐腐蚀和低热膨胀系数的特性,被广泛用作保温隔热材料、陶瓷绝缘材料等。

ZrO2低温时表现为单斜晶型,温度升高到1100℃以上转变为四方晶型,1900℃以上为立方晶型。

在不同温度下,纯ZrO2的三种晶型可发生转化。纯ZrO2在降温过程中会发生8%的体积膨胀,为防止纯ZrO2发生晶型转变,通常会在制备过程中加入适量的稳定剂:Y2O3、CaO、MgO等。

静电纺丝法与溶胶-凝胶法结合是一种新型的制备ZrO2纳米纤维的方法,此方法制备的ZrO2纳米纤维直径较细且为连续。

BaTiO3纳米纤维

钛酸钡(BaTiO3)是一种无铅类压电陶瓷,它是发现最早且在工业上得到广泛应用的一种陶瓷材料。

钛酸钡的晶体结构为ABO3型钙钛矿晶体结构,有四方晶系与立方晶系两种晶型。两种晶型在不同温度下可以转化,当温度降至居里温度以下时,钛酸钡由立方晶系转为四方晶系。

钛酸钡晶体结构

钛酸钡具有低介电损耗、高介电常数以及铁电、压电等优异的电学性能等优点,在电子陶瓷器件领域具有重要地位。

溶胶-凝胶法可制备钛酸钡陶瓷纤维,此方法简单且煅烧温度低,通过此方法制备的纤维直径均一,但此方法制备的陶瓷纤维由于纤维致密性差导致纤维韧性较差,不利于广泛应用。

掺杂钙或镁可以增强其材料性能,有研究发现煅烧温度1000℃且以2℃ /min进行升温时得到的纤维形貌最好及晶型保持最为完好。

ZnO纳米纤维

ZnO具有良好的极性晶体特性、优良的压电、热释电性能、很高的激子束缚能,直接带隙为3.37eV,掺杂后可展现出优异的导电性,高的热导率,大的硬度,是目前Ⅱ-Ⅵ族半导体材料中最硬的一种。

【ZnO制备方法】

(1)模板限制辅助生长法:在限制性环境中沉积所需材料,然后使用化学法将模板去除得到所需要的纳米纤维。此方法在结晶过程中易产生缺陷,制备时难以精确控制纤维的成份,在去模板时易破坏纤维形貌。

(2)气相生长法:热蒸发法、VLS生长法和化学气相沉积法(CVD)均为常用的气相生长法。气相法制备出的ZnO一般为单晶或高结晶度的ZnO纳米纤维,缺陷在于该方法的反应温度较高,催化剂不易选择,同时催化剂对原材料容易造成污染,使催化剂的催化性能发生改变。

(3)液相法:液相法制备纳米结构ZnO的优势在于可制备不同形貌的 ZnO纳米结构,制备过程能耗较低且可广泛应用。

(4)静电纺丝法:此方法制得的纤维形貌好、直径均一。

Al2O3纳米纤维

氧化铝纤维是一种高性能新型无机纤维。氧化铝纤维主要分为长纤维,短纤维,晶须三类。

长纤维又叫连续纤维,长纤维有很好的抗拉强度,同时还具有耐高温、耐腐蚀、热导率小等优良特性。

长纤维的制备过程简单,对生产设备要求低,金属氧化物粉末、无机盐、水、聚合物等均可作为长纤维制备的原材料。

氧化铝短纤维由于由微晶构成,有晶体材料和纤维材料的所有优点,具有良好的耐急冷急热性能,可用于耐高温隔热材料。

氧化铝纳米纤维

【Al2O3纳米纤维制备方法】

(1)熔融法:

将无机氧化物电加热熔融形成熔体,然后溶体经不同的成纤方式形成 Al2O3纳米纤维。该方法工艺简单、成本低廉、操作简易,同时该方法制备的纤维不需要经过高温煅烧的过程,因此该方法制备的纤维可以很好的避开晶粒长大的问题。但此方法熔体中氧化铝含量增加,会增加熔体的黏度,造成成纤困难,制备的氧化铝纤维氧化铝含量较低。

(2)溶胶凝胶法:

原料主要为铝的醇盐或无机盐,选择一种有机酸作为催化剂,将含铝的醇盐或无机盐的溶液制备形成溶胶,溶胶通过不同成纤技术形成所需纤维,最后将凝胶纤维通过热处理的方式形成氧化铝陶瓷纤维。

(3)浸渍法:

浸渍法的基体纤维选择亲水性能良好的粘胶纤维,浸渍液选择无机铝盐,将基体纤维在浸渍液中充分浸渍,再将浸渍后的基体纤维经干燥、烧结、编织等工艺得到氧化铝纤维。此工艺可制备出不同形貌的纤维且纤维强度高,但制备成本较高,不能得到广泛应用。

(4)淤浆法:

淤浆法又称杜邦法,将氧化铝粉末分散于水中,同时还需要在水中加入分散剂、流变助剂、烧结助剂等制成均匀浆料,浆料再经过挤出成纤、干燥、烧结等工艺得到氧化铝纤维,该工艺制备的纳米纤维直径均一且直径较大。

(5)静电纺丝法:

一种经典的制备方法,可利用静电纺丝与高温煅烧的结合成功制备出纤维直径150nm左右高纯α-Al2O3纤维。

固态电解质陶瓷
纤维
氧化物固态电解由于稳定性好等优点引起广泛关注,其中具有代表性的是石榴石型结构体系、钙钛矿型结构体系。利用静电纺丝和高温煅烧法制备LLZO纳米纤维,将LLZO纤维膜与PEO复合,制备出的3D锂离子传导陶瓷网络,具有优异的性能,在锂离子电池和其他能量存储系统中得到广泛应用。
SiC陶瓷
纤维
SiC纳米纤维是非氧化物陶瓷纤维,主要由碳和硅组成,碳化硅从形态上分为两类 :连续碳化硅纤维和晶须。

氮化硅晶须

碳化硅纤维具有纤维强度高、耐化学腐蚀性、耐高温及高模量等优异性能。纤维补强的陶瓷基复合材料作为重要的新型陶瓷材料在高科技领域,如航空航天、军工武器装备等方面得到广泛关注。

【SiC纳米纤维制备方法】

(1)化学气相沉积法:

利用化学气相沉积法制备的碳化硅纤维拥有纯度较高,在高温下仍可保持良好稳定性、抗蠕变等优点,但此方法制备的碳化硅纳米纤维不易制备复合材料

(2)先驱体转化法:

方法主要由以下四个工序组成:先驱体合成、熔融纺丝、不熔化处理与高温烧结,该校以此方法成功制备出的碳化硅纤维展现出良好的力学性能。

(3)活性炭纤维转化法:

将有机原纤维经过处理得到活性炭纤维,活性炭纤维与气态氧化硅进行化学反应,使活性炭纤维成功转化为碳化硅纤维,对碳化硅纤维进行热处理,得到最终产物碳化硅纳米纤维。此方法制备的碳化硅纤维抗拉强度大,可达1000MPa以上。

(4)静电纺丝法:

该方法制备的纤维尺寸均一且纤维形貌好,用聚乙烯吡咯烷酮为助纺剂,可制备出直径200nm的连续碳化硅纤维。

可靠厂家

受益碳中和,陶瓷纤维作为更节能的新型耐火材料,未来在石化、冶金有色、电力、建材等高能耗行业,将加速替代传统耐火材料,需求扩容;行业重要下游石化行业大炼化产能进入扩产期(十四五新增产能较十三五翻倍),拉动陶瓷纤维需求;能耗双控带来行业小产能退出,利好行业竞争格局改善。

山东民烨耐火材料有限公司是国内最大的陶瓷纤维民族企业,年产能达到40万吨左右,公司成立于2002年,是一家集陶瓷纤维及其配套耐火、 隔热材料的设计、研发、生产、销售、施工于一体的股份制企业。下设内蒙古民烨新材料科技有限公司、山东民烨耐火纤维有限公司上海分公司、山东民烨耐火纤维有限公司工程分公司、怀仁县昌元陶瓷原料有限公司。经过20年的潜心经营,公司在生产规模、市场知名度方面均已成为国内陶瓷纤维材料行业的领先企业。山东民烨为中国工业窑炉材料系统定制专家,这一民族品牌意识已经深入人心。

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    我公司产品主要有陶瓷纤维系列(产品形态包括棉、毯、毡、板、异型件、纺织品及模块组件)、无机材料系列、防火隔音系列、晶体纤维系列、环保可溶纤维系列、纳米绝热材料系列、配套化工防腐产品系列、轻/重质浇注料系列、轻质隔热耐火砖及配套胶泥等系列。公司现有陶瓷纤维生产线40余条,其中山东民烨耐火纤维生产线29条,内蒙古民烨新材料科技有限公司生产线12条,可溶可降解纤维生产线2条,全自动纤维大板生产线4条,全套引进整体模块自动生产线1条,总产量达20余万吨,职工人数达500余人。我公司产品种类形态丰富,具有专业经验丰富的研发、设计及施工团队,产品温度等级覆盖从800℃至1600℃的各种工业环境应用要求。


除国外控股公司以外,国内再无对手。

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