本發明專利技術涉及一種鋯酸鑭陶瓷纖維氈的制備方法。該方法是以醋酸鋯為鋯源，硝酸鑭、氯化鑭及其對應水合物為鑭源，按摩爾比La3+:Zr4+=1:(0.87～1.15)制備前驅體溶膠，老化后通過離心成纖技術獲得凝膠纖維，凝膠纖維經集棉成氈制備凝膠纖維氈，經煅燒后形成燒綠石型La2Zr2O7陶瓷纖維氈。本發明專利技術制備的燒綠石型La2Zr2O7陶瓷纖維氈表面平整，渣球含量少，回彈性良好，導熱系數0.037～0.056W/(m·K)，隔熱性能優良。該方法降低燒結溫度，設備簡單、工藝可控，適于鋯酸鑭陶瓷纖維氈的規模化生產。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及，屬于無機非金屬材料領域。
技術介紹
陶瓷纖維氈是最為常見的耐火陶瓷纖維制品，機加工性能優良，熱穩定性和抗熱震性好，具有熱導率低、熱容量小、耐壓強度高等特點，廣泛應用于冶金、機械、石油、化工、陶瓷、電子等領域，如工藝窯爐內襯、高溫熱設備保溫隔熱、窯爐擋板等。目前我國耐火陶瓷纖維發展迅速，硅酸鋁纖維、多晶莫來石纖維、多晶氧化鋁纖維、氧化鋯纖維等新型陶瓷纖維與制品相繼開發成功，基本滿足了工業窯爐的使用要求。如CN1749190A制備的莫來石晶體耐火纖維毯比普通硅酸鋁纖維毯的使用溫度(ΙΟΟΟ? )提高了 150~40(TC ;CN102605553A通過熔融噴吹、集棉針刺、煅燒等步驟制備了含鋯硅酸鋁纖維毯，使用溫度可達1500°C。但是隨著航空航天技術的飛速發展和節能減排的需要，現有隔熱材料已不能滿足使用要求，多晶氧化鋁纖維最高耐熱溫度只能達到1700°C ;氧化鋯陶瓷纖維能耐2000°C的高溫，高溫時能抗酸性腐蝕，但是氧化鋯基陶瓷纖維從四方結構冷卻到單斜結構時有8%的體積膨脹，高溫下循環使用穩定性較差。為滿足高溫隔熱材料高使用溫度、低導熱系數、抗燒結和熱變形的要求，人們發現燒綠石型結構的鋯酸鑭(La2Zr207)材料性能較好。La2Zr207具有優良的高溫相穩定性，在熔點(2300°C)之前晶體結構保持不變。此外，它的本征熱傳導率低于氧化鋯(La2Zr207，1.56W/ (m.K) ；Zr02, 2.3ff/ (m.K))。Zr02是氧透過型材料，而La2Zr207氧離子電導率很低，可以說是氧不透過型材料。與Zr02相比，La2Zr207在室溫到熔點之間無相轉變，熱穩定性更高，導熱系數、熱膨脹系數和楊氏模量更低，更抗燒結?；贚a2Zr207材料以上所述的突出優點，La2Zr207纖維在高溫隔熱領域的會有更加廣泛的應用前景。目前關于鋯酸鑭陶瓷纖維的報道較少，以氯氧化鋯、硝酸鑭為前驅體，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)為紡絲助劑，利用靜電紡絲技術制備凝膠纖維，然后煅燒得到燒綠石型La2Zr207納米纖維，其纖維由不規則的納米片連接而成，導致纖維柔韌性較差，參見Mater.Sc1.Engineer.:B2006, 133, 209-212;J.Nanosc1.Nanotech.2011, 11, 2514-2519 ；此外,由于La2Zr207材料本身難以燒結且熔點太高(2300°C )，傳統的電阻熔融噴吹難以成纖，靜電紡絲技術難以進行規?；a，嚴重阻礙了靜電紡La2Zr207陶瓷纖維在隔熱領域的應用。
技術實現思路
本專利技術旨在克服現有技術的不足，提供一種鋯酸鑭(La2Zr207)陶瓷纖維氈的制備方法。本專利技術是通過以下技術方案實現的。一種鋯酸鑭(La2Zr207)陶瓷纖維氈的制備方法，包括步驟如下:(1)可紡性前驅體溶膠的制備按摩爾比La3+:Zr4+=l: (0.87~1.15)將鑭源加入到醋酸鋯的醋酸溶液中，攪拌至澄清透明，然后在30?70°C水浴老化至黏度為60?200Pa.s，得到可紡性前驅體溶膠；所述鑭源選自硝酸鑭、氯化鑭、硫酸鑭或其對應的水合物。(2)離心成纖制備凝膠纖維將步驟(1)制備的可紡性前驅體溶膠進行離心成纖，得到凝膠纖維，工藝條件為:甩絲孔直徑0.2?0.5mm,甩絲轉數3000?12000r/min，環境溫度10?50°C，相對濕度10 ?60% ；(3)凝膠纖維集棉成氈將步驟(2)的凝膠纖維均勻置于模具內，噴吹除去細末及渣球，經壓制、分切、卷繞成氈，得到凝膠纖維氈；(4)煅燒凝膠纖維氈進行陶瓷化將步驟(3)制得的凝膠纖維氈煅燒進行陶瓷化，工藝條件是:以0.5?:TC /min的升溫速度從室溫升至550?650°C，在該溫度保溫0.5?2h，再以5?10°C /min的升溫速度升至800?1000°C，在該溫度保溫0.5?3h，得到螢石型La2Zr207陶瓷纖維氈；最后再以10?20°C /min的升溫速度升至1100?1400°C，并在此溫度保溫0.5?2h，得到燒綠石型La2Zr207陶瓷纖維氈。根據本專利技術，優選條件如下:步驟⑴中，摩爾比La3+:Zr4+=l:0.95?1.05，所述鑭源為氯化鑭、硝酸鑭、六水硝酸鑭或三水氯化鑭。步驟(1)中，所述醋酸鋯的醋酸溶液中Zr02質量分數為20-25%，優選22wt%。步驟(1)中，水浴老化溫度為35?50°C，老化至黏度為80?120Pa *s，得到成絲性好的可紡性前驅體溶膠。步驟(2)中甩絲孔直徑為0.2?0.3mm，環境溫度為25?40°C，甩絲轉速為6000?9000r/min，相對濕度為10?40%。步驟(3)的凝膠纖維集棉成氈的工藝參照現有技術即可。例如，將凝膠纖維均勻放置于篩網狀模具內，然后在模具上方加蓋篩網，再用強力風機均勻噴吹除去細末及渣球，經平板壓制后分切、卷繞成氈。未詳加說明的均可參照本領域纖維制氈現有技術。步驟(4)中的煅燒凝膠纖維氈進行陶瓷化的工藝條件是:以0.5?1°C /min的升溫速度從室溫升至600?650°C，在該溫度保溫1?2h，再以5?8°C /min的升溫速度升至800?900°C，在該溫度保溫0.5?lh，得到螢石型La2Zr207陶瓷纖維氈，最后再以10?20°C /min的升溫速度升至1100?1300°C，并在此溫度保溫0.5?2h，得到燒綠石型La2Zr207陶瓷纖維氈。本專利技術方法步驟(1)中所述的黏度，采用旋轉粘度計在室溫下測量。利用本專利技術方法制備的La2Zr207陶瓷纖維氈中纖維的直徑為3?7 μ m，渣球含量非常少，晶相為穩定的燒綠石相，熱穩定性好；La2Zr207陶瓷纖維氈表面平整，回彈性良好，導熱系數為0.037?0.056ff/(m.Κ)，隔熱性能優良。而現有的通過靜電紡絲技術制備的燒綠石型La2Zr207陶瓷纖維，導熱系數約為0.54Iff/(m.K)。本專利技術制備La2Zr207陶瓷纖維氈的方法是，以醋酸鋯為鋯源、硝酸鑭、氯化鑭及其對應水合物為鑭源制備前驅體溶膠，老化后通過離心成纖技術獲得凝膠纖維，凝膠纖維經集棉成氈制備凝膠纖維氈，經煅燒后形成燒綠石型La2Zr207陶瓷纖維氈。本專利技術的技術特點及優良效果如下:1.采用溶膠-凝膠法制備陶瓷纖維，工藝過程溫度低，由于凝膠粒子較小，比表面積大，大大降低燒結溫度，比傳統燒結溫度降低200?400°C，從而降低了能耗。2.溶膠-凝膠過程經溶液、溶膠、凝膠三個階段，原料各組分在溶液中可達到分子級混合，對纖維的顯微結構易于控制，純度決定于原料純度，通過控制原料及組分配比可調控材料的晶型結構及物理化學性能。3.本專利技術制備的溶膠-凝膠前驅體均勻透明，性質穩定可長期存放，無需加入高分子紡絲助劑就有很好的成絲性。離心甩絲成纖設備簡單，工藝簡單易調，可進行連續化生產。4.本專利技術的凝膠纖維氈陶瓷化工藝條件是:以0.5?3°C /min的升溫速度從室溫升至550?650°C，在該溫度保溫0.5?2h，緩慢除去凝膠纖維氈中的水、有機物、酸等，使凝膠纖維氈均勻收縮，避免有機物和水分揮發過快而造成纖維氈的斷裂；最后以10?20 °C /min的升溫速度升至1100?1400 °C，并在此溫度保溫0.5?2h，得到燒綠石型La本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種鋯酸鑭（La2Zr2O7)陶瓷纖維氈的制備方法，包括步驟如下：(1)可紡性前驅體溶膠的制備按摩爾比La3+:Zr4+=1:(0.87～1.15)將鑭源加入到醋酸鋯的醋酸溶液中，攪拌至澄清透明，然后在30～70℃水浴老化至黏度為60～200Pa·s，得到可紡性前驅體溶膠；所述鑭源選自硝酸鑭、氯化鑭、硫酸鑭或其對應的水合物；(2)離心成纖制備凝膠纖維將步驟(1)制備的可紡性前驅體溶膠進行離心成纖，得到凝膠纖維，工藝條件為：甩絲孔直徑0.2～0.5mm，甩絲轉數3000～12000r/min，環境溫度10～50℃，相對濕度10～60%；(3)凝膠纖維集棉成氈將步驟(2)的凝膠纖維均勻置于模具內，噴吹除去細末及渣球，經壓制、分切、卷繞成氈，得到凝膠纖維氈；(4)煅燒凝膠纖維氈進行陶瓷化將步驟(3)制得的凝膠纖維氈煅燒進行陶瓷化，工藝條件是：以0.5～3℃/min的升溫速度從室溫升至550～650℃，在該溫度保溫0.5～2h，再以5～10℃/min的升溫速度升至800～1000℃，在該溫度保溫0.5～3h，得到螢石型La2Zr2O7陶瓷纖維氈；最后再以10～20℃/min的升溫速度升至1100～1400℃，并在此溫度保溫0.5～2h，得到燒綠石型La2Zr2O7陶瓷纖維氈。...
【技術特征摘要】
1.一種鋯酸鑭(La2Zr207)陶瓷纖維氈的制備方法，包括步驟如下:(1)可紡性前驅體溶膠的制備按摩爾比La3+:Zr4+=l: (0.87?1.15)將鑭源加入到醋酸鋯的醋酸溶液中，攪拌至澄清透明，然后在30?70°C水浴老化至黏度為60?200Pa.s，得到可紡性前驅體溶膠；所述鑭源選自硝酸鑭、氯化鑭、硫酸鑭或其對應的水合物；(2)離心成纖制備凝膠纖維將步驟(1)制備的可紡性前驅體溶膠進行離心成纖，得到凝膠纖維，工藝條件為:甩絲孔直徑0.2?0.5_，甩絲轉數3000?12000r/min，環境溫度10?50°C，相對濕度10?60% ；(3)凝膠纖維集棉成氈將步驟(2)的凝膠纖維均勻置于模具內，噴吹除去細末及渣球，經壓制、分切、卷繞成氈，得到凝膠纖維氈；(4)煅燒凝膠纖維氈進行陶瓷化將步驟(3)制得的凝膠纖維氈煅燒進行陶瓷化，工藝條件是:以0.5?3°C /min的升溫速度從室溫升至550?650°C，在該溫度保溫0.5?2h，再以5?10°C /min的升溫速度升至800?1000°C，在該溫度保溫0.5?3h，得到螢石型La2Zr207陶瓷纖維氈；最后再以10?20°C /min的升溫速度升至1100?1400°C，并在此溫度保溫0.5?2h，得到燒綠石型La2Zr207陶瓷纖維氈。2.如權利要求1所述的鋯酸鑭陶瓷纖維氈的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述摩爾比 La3+:Zr4+=l:0.95...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳代榮，李月明，焦秀玲，
申請(專利權)人：山東大學，
類型：發明
國別省市：
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