17年專注硅酸鋁（陶瓷）耐火纖維的研發(fā)、制造、
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陶瓷纖維是一種集傳統(tǒng)絕熱材料、耐火材料優(yōu)良性能于一體的纖維狀輕質(zhì)耐火材料。其產(chǎn)品涉及各領(lǐng)域,廣泛應(yīng)用于各工業(yè)部門,是提高工業(yè)窯爐、加熱裝置等熱設(shè)備熱工性能,實現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕型化和節(jié)能的基礎(chǔ)材料。
主要化學(xué)成份: SiO2: 45%-55% AL2O3: 40%-50% Fe2O3:0.8%-1.0% Na2O+K2O:0.2-0.5%
特點(diǎn)及用途:
具有低導(dǎo)熱率,優(yōu)良的熱穩(wěn)定性,化學(xué)穩(wěn)定性,無腐蝕性.用該纖維生產(chǎn)的制動器襯片具有良好的耐高溫性和分散性,適合各類混料機(jī)攪拌.
適用于有耐高溫要求,熱恢復(fù)性能好,制動噪音小的制動器襯片. 陶瓷纖維是一種纖維狀輕質(zhì)耐火材料,具有重量輕、耐高溫、熱穩(wěn)定性好、導(dǎo)熱率低、比熱小及耐機(jī)械震動等優(yōu)點(diǎn),因而在機(jī)械、冶金、化工、石油、交通運(yùn)輸、船舶、電子及輕工業(yè)部門都得到了廣泛的應(yīng)用,在航空航天及原子能等尖端科學(xué)技術(shù)部門的應(yīng)用亦日益增多.發(fā)展前景十分看好。陶瓷纖維在我國起步較晚,但一直保持著持續(xù)發(fā)展的勢頭,生產(chǎn)能力不斷增加,并實現(xiàn)了產(chǎn)品系列化,我國已發(fā)展成為世界陶瓷纖維生產(chǎn)大國。
陶瓷纖維的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
早在1941年,美國巴布考克·維爾考克斯公司就利用天然高嶺土經(jīng)電弧爐熔融后噴吹成了陶瓷纖維。20世紀(jì)40年代后期,美國有兩家公司生產(chǎn)硅酸鋁系纖維,并第1次將其用于航空工業(yè)。進(jìn)入50年代,陶瓷纖維已正式投入工業(yè)化生產(chǎn),到了60年代,已研制開發(fā)出多種陶瓷纖維制品,并開始用于工業(yè)窯爐的壁襯。1973年全球出現(xiàn)能源危機(jī)后,陶瓷纖維獲得了迅速的發(fā)展,其中以硅酸鋁系纖維發(fā)展最快,每年以10%~15%的速度增長。美國和加拿大是陶瓷纖維的生產(chǎn)大國,年產(chǎn)量達(dá)到了10萬t左右,約占世界耐火纖維年總產(chǎn)量的1/3。歐洲的陶瓷纖維產(chǎn)量位于第三,年產(chǎn)量達(dá)到6萬t左右。在年產(chǎn)30萬t的陶瓷纖維中,各種制品的比例大致為:毯和纖維模塊45%;真空成型板、氈及異形制品25%;散狀纖維棉15%:纖維繩、布等織品6%;纖維不定形材料6%:纖維紙3%。
陶瓷纖維制品的應(yīng)用領(lǐng)域主要是加工工業(yè)和熱處理工業(yè)(工業(yè)窯爐、熱處理設(shè)備及其它熱工設(shè)備),其消耗量約占40%,其次是鋼鐵工業(yè),其消耗量約占25%。國外在提高陶瓷纖維產(chǎn)量的同時,注意研制開發(fā)新品種,除1000型、1260型、1400型、1600型及混配纖維等典型陶瓷纖維制品外,近年來在熔體的化學(xué)組分中添加ZrO2、Cr2O3等成分,從而使陶瓷纖維制品的最高使用溫度提高到1300℃。此外,有些生產(chǎn)企業(yè)還在熔體的化學(xué)組分中添加CaO、MgO等成分,研制開發(fā)成功多種新產(chǎn)品。如可溶性陶瓷纖維含62%~75%Al2O3的高強(qiáng)陶瓷纖維及耐高溫陶瓷紡織纖維等。因此,目前在國外陶瓷纖維的應(yīng)用帶來了十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益,導(dǎo)致陶瓷纖維的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大,一些主要工業(yè)發(fā)達(dá)國家的陶瓷纖維產(chǎn)量繼續(xù)保持持續(xù)增長的發(fā)展勢頭,其中尤以玻璃態(tài)硅酸鋁纖維的發(fā)展最為迅速。同時,隨著陶瓷纖維應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大,導(dǎo)致陶瓷纖維制品的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)隨之發(fā)生重大改變.如陶瓷纖維毯(包括纖維塊)的產(chǎn)量由過去占陶瓷纖維產(chǎn)量的70%下降至45%;陶瓷纖維深加工制品(如纖維繩、布等纖維制品)、纖維紙、纖維澆注料、可塑料、涂抹料等纖維不定形材料的產(chǎn)量大幅度增長,接近于陶瓷纖維產(chǎn)量的15%。陶瓷纖維新品種的開發(fā)生產(chǎn)和應(yīng)用,大大促進(jìn)了陶瓷纖維的應(yīng)用技術(shù)和施工方法的發(fā)展。
我國陶瓷纖維生產(chǎn)起步較晚,在20世紀(jì)70年代初期,才先后在北京耐火材料廠和上海廠研制成功并投入批量生產(chǎn)。其后10余年主要以“電弧爐熔融、一次風(fēng)噴吹成纖、濕法手工制氈”的工藝生產(chǎn)陶瓷纖維制品,工藝落后,產(chǎn)品單一。自1984年首鋼公司耐火材料廠從美國CE公司引進(jìn)電阻法甩絲成纖陶瓷纖維針刺毯生產(chǎn)線后.至1987年,不同成纖方法的陶瓷纖維針刺毯生產(chǎn)線及真空成型技術(shù),從此改變了我國陶瓷纖維生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備落后和產(chǎn)品單一的面貌。
自1986年開始.我國通過對引進(jìn)的陶瓷纖維生產(chǎn)設(shè)備和工藝消化、吸收,并結(jié)合國情研制、設(shè)計建成了不同類型的電阻法甩絲(或噴吹)成纖干法針刺毯生產(chǎn)線82條,安裝在45家企業(yè)內(nèi)。年產(chǎn)量已達(dá)到10萬t以上,成為世界最大的生產(chǎn)國。產(chǎn)品品種多樣化.除批量生產(chǎn)低溫型、標(biāo)準(zhǔn)型、高純型、高鋁型等多種陶瓷纖維針刺毯及超輕質(zhì)樹脂干法氈(板)外.還可生產(chǎn)14%~17%ZrO2的合鋯纖維毯。其使用溫度可達(dá)1300℃以上。
20世紀(jì)80年代末期,日本直井機(jī)織公司、車鐵及英特萊等機(jī)織品公司相繼在北京投資建成了陶瓷纖維紡織品專業(yè)生產(chǎn)企業(yè),并批量生產(chǎn)陶瓷纖維布、帶、扭繩、套管、方盤根等陶瓷纖維紡織品,纖維織品生產(chǎn)所需的散狀纖維棉及工藝裝備均已實現(xiàn)了國產(chǎn)化。90年代初,北京、上海、遼寧鞍山、山東、河南三門峽等地先后從美國、法國、日本等國引進(jìn)了陶瓷纖維的噴涂技術(shù)和設(shè)備;并在冶金、石化部門工業(yè)窯爐上應(yīng)用了陶瓷纖維噴涂爐襯,節(jié)省了能耗,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益,現(xiàn)已得到了普遍推廣,并在冶金、石化和機(jī)械等部門工業(yè)爐和加熱裝置中的應(yīng)用取得了成功的經(jīng)驗。與陶瓷纖維噴涂技術(shù)同步發(fā)展的陶瓷纖維澆注料、可塑料、涂抹料等纖維不定形材料,不僅已建有國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè),而且已在各類工業(yè)窯爐、加熱裝置和高溫管道上推廣應(yīng)用。
因此,目前我國陶瓷纖維已處于持續(xù)調(diào)整發(fā)展的階段,陶瓷纖維的生產(chǎn)工藝與設(shè)備,尤其是干法針刺毯的生產(chǎn)工藝與設(shè)備具有世界先進(jìn)水平,含鉻、含鋯硅酸鋁纖維板,多晶氧化鋁纖維,多晶莫耒石纖維及混配纖維制品等新型陶瓷纖維與制品相繼開發(fā)成功,并投放了工業(yè)化生產(chǎn),使纖維狀輕質(zhì)耐火材料構(gòu)成了完整的系列產(chǎn)品。陶瓷纖維應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大,致使高強(qiáng)度、抗風(fēng)蝕硬性纖維壁襯應(yīng)用日益普及。同時,陶瓷纖維生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展,也大大推動了陶瓷纖維的應(yīng)用技術(shù)和施工方法的發(fā)展。
陶瓷纖維的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)性質(zhì)
2 陶瓷纖維的結(jié)構(gòu)性質(zhì)
陶瓷纖維的直徑一般為2μm~5μm,長度多為30mm~250mm,纖維表面呈光滑的圓柱形,橫截面通常是圓形。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是氣孔率高(一般大于90%),而且氣孔孔徑和比表面積大。由于氣孔中的空氣具有良好的隔熱作用,因而纖維中氣孔孔徑的大小及氣孔的性質(zhì)(開氣孔或閉氣孔)對其導(dǎo)熱性能具有決定性的影響。實際上,陶瓷纖維的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)是一種由固態(tài)纖維與空氣組成的混合結(jié)構(gòu),其顯微結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在固相和氣相都是以連續(xù)相的形式存在,因此,在這種結(jié)構(gòu)中,固態(tài)物質(zhì)以纖維狀形式存在,并構(gòu)成連續(xù)相骨架,而氣相則連續(xù)存在于纖維材料的骨架間隙之中。正是由于陶瓷纖維具有這種結(jié)構(gòu),使其氣孔率較高、氣孔孔徑和比表面積較大,從而使陶瓷纖維具有優(yōu)良的隔熱性能和較小的體積密度。
陶瓷纖維的機(jī)械物理性能
陶瓷纖維品種較多,其化學(xué)成分也不相同,因此其機(jī)械物理性能也有較大的差異,現(xiàn)選擇具代表性的4種主要陶瓷纖維的典型性能列于表2。
表2 4種陶瓷纖維的典型性能
瓷纖維的制造方法
1 化學(xué)氣相反應(yīng)法
化學(xué)氣相反應(yīng)(CVR)法是以B2O3為原料,經(jīng)熔紡制成B2O3纖維,再置于較低的溫度和氨氣中加熱,使B2O3與氨氣反應(yīng)生成硼氨中間化合物,再將這種晶型不穩(wěn)定的纖維在張力下進(jìn)一步在氨氣或氨與氮的混合氣體中加熱至1800℃,使之轉(zhuǎn)化成BN纖維,其強(qiáng)度可高達(dá)2.1GPa,模量可達(dá)345GPa。
2 化學(xué)氣相沉積法
化學(xué)氣相沉積(CVD)法系由鎢芯硼纖維氮化而成。制造時,先將硼纖維加熱至560℃進(jìn)行氧化,再將氧化纖維置于氨中加熱至1000℃~1400℃,反應(yīng)約6h后即可制得BN纖維。
3 聚合物前軀體法
聚合物前軀體法是由聚硼氮烷熔融紡絲制成纖維后進(jìn)行交聯(lián),生產(chǎn)不熔化的纖維.再經(jīng)裂解制成纖維。
Si3N4纖維有兩種制法:一是以氯硅烷和六甲基二硅氮烷為起始原料,先合成穩(wěn)定的氫化聚硅氮烷,經(jīng)熔融紡絲制成纖維,再經(jīng)不熔化和燒制而得到Si3N4纖維;二是以吡啶和二氧化硅烷為原料,在惰性氣體保護(hù)下反應(yīng)生成白色的固體加成物,再于氮?dú)庵羞M(jìn)行氨解得到全氫聚硅氮烷,再置于氮?dú)庵羞M(jìn)行氨解得到全氫聚硅氮烷.再置于烴類有機(jī)溶劑中深解配置成紡絲溶液,經(jīng)干法紡絲制成纖維,然后在惰性氣體或氨氣中于1100℃~1200℃溫度下進(jìn)行熱處理而得氮化硅纖維。
SiBN3C纖維也是采用聚合物前軀體法生產(chǎn)的,是一種最新的陶瓷纖維,起始原料為聚硅氮烷,經(jīng)熔融紡絲、交聯(lián)、不熔化和裂解后制得纖維。
SiO2纖維是通過與制備高硅氧玻璃纖維相同的工藝制得的,先制成玻璃料塊,再進(jìn)行二次熔化,采用鉑金坩鍋拉絲爐進(jìn)行熔融紡絲,溫度約1150℃.得到纖維或進(jìn)一步加工成織物等成品后用熱鹽酸處理,除掉B2O3HNa2O成分,再進(jìn)行燒結(jié)使纖維中SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到95%~100%。另外,還有以SiO2為原料,配制成高粘度的溶膠后進(jìn)行紡絲,制得前軀體纖維后,再加熱至1000℃,便可制得純度為99.999%的石英纖維。此外,還可用石英棒或管用氫氧焰熔融拉成粗纖維,然后再以恒定速度通過氫氧焰或煤氣火焰高速拉成直徑為4μm~10μm的連續(xù)長纖維,SiO2含量為99.9%。
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