專利名稱：一種連續(xù)氧化鋁基陶瓷纖維的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氧化鋁基陶瓷纖維，^t其是涉及一種以氧化鋁為主要組分，通過加入第 二組分作為晶相抑制劑的連續(xù)氧化鋁基陶瓷纖維的制備方法。
背景技術(shù)：
氧化鋁(A1203)基陶瓷纖維以Al203為主要成分，其含量一般大于70%，有的還含有其它 金屬氧化物(如Si02)，有長纖、短纖等形式，是一種高性能無機(jī)纖維。氧化鋁纖維的突出優(yōu) 點(diǎn)是高強(qiáng)度、高模量、耐熱性和耐高溫氧化性。與碳纖維和金屬纖維相比，其表面活性好， 易于與金屬、陶瓷基體復(fù)合，不僅可以在高溫氧化性環(huán)境中保持很好的抗拉強(qiáng)度，而且與其 它高性能無機(jī)纖維如碳化硅纖維相比，氧化鋁纖維原料成本低，生產(chǎn)工藝相對簡單，性價比 高。連續(xù)氧化鋁纖維可以制成無紡布、編織帶、繩索等各種形狀，作為增強(qiáng)體廣泛應(yīng)用于陶 瓷、樹脂、金屬基等復(fù)合材料中，特別是用作對輕質(zhì)合金的增強(qiáng)。此外，氧化鋁纖維還具有 熱導(dǎo)率小、熱膨脹系數(shù)低、抗熱震性好等優(yōu)點(diǎn)，作為高溫絕熱材料也得到廣泛應(yīng)用。
連續(xù)氧化鋁纖維具有強(qiáng)度高、直徑小、表面光潔、易編織等性能。目前國際上掌握連續(xù) 氧化鋁基陶瓷纖維制備技術(shù)并已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的有美國的DuPont公司、3M公司，日本的住友 化學(xué)公司和三菱礦業(yè)公司等。
與玻璃不同，氧化鋁熔體粘度太低，無法用熔融紡絲的辦法生產(chǎn)連續(xù)纖維。目前制備連 續(xù)氧化鋁基陶瓷纖維主要有溶膠-凝膠法和聚合物先驅(qū)體法。美國專利US 3，808,015報道了 DuPont公司生產(chǎn)FP氧化鋁纖維的方法，將粒徑小于0.5jmi的a-Al2O3粒子加入到水性的鋁鹽 Al2(OH)sCh2H20中形成淤漿后干法紡絲，在150(TC氫氧焰中快速燒結(jié)得到純度大于99.9。/o的 氧化鋁纖維(Dhingra， A. K Alumina Fibre FP. Phil. Trans. R. Soc, 1980， A294, 411-417)。日本住 友化學(xué)公司生產(chǎn)的Altex纖維是用烷基鋁和醇鋁等原料經(jīng)水解聚合得到聚合鋁化合物，再在有 機(jī)溶劑中加入硅酸酯濃縮后干法紡絲,所得的凝膠纖維在較低溫度下(<1000°C)煅燒制備出Y 型氧化鋁連續(xù)纖維(US Patent 4,101,615)。與住友法不同，3M公司生產(chǎn)的Nextel系列纖維采 用了一種水溶性鋁鹽的路線。將含有甲酸根、乙酸根等陰離子的鋁溶膠、硅溶膠和硼酸按適 當(dāng)比例混合,在一定條件下濃縮制得粘度適宜的紡絲液，經(jīng)紡絲機(jī)擠出牽引成凝膠纖維。凝膠
纖維干燥脫水后，在300 500'C下進(jìn)一步脫除溶劑和其它揮發(fā)性組分，使化合物充分分解成 氧化物或多種氧化物的混合物，然后再在100(TC以上燒結(jié)使纖維致密化，獲得連續(xù)氧化鋁基 纖維(美國專利US 4,047,965; Johnson, D. D Nextel 312 ceramic fiber from 3M. J. Coated Fabrics, 1981, 11,282-296)。
DuPont法所得的FP纖維直徑大，不易編織；同時晶粒尺寸大，導(dǎo)致強(qiáng)度低，現(xiàn)在已經(jīng) 不再生產(chǎn)。住友法采用有機(jī)醇鹽水解的方法合成溶膠，原料成本高，溶膠不穩(wěn)定，工藝上不 容易控制。3M法所得纖維的性能較高，技術(shù)也最成熟，代表了目前世界上生產(chǎn)氧化鋁基連續(xù) 纖維的主流。
申于氧化鋁在1000 110(TC會發(fā)生其它晶型向穩(wěn)定的cc-Al203的轉(zhuǎn)變，并且在更高溫度 下0C-Al2O3晶粒迅速長大，導(dǎo)致纖維的性能急劇惡化，強(qiáng)度下降乃至粉化，因此必須添加其它 組分來抑制相變的發(fā)生或者a-Al203的晶粒長大。常見的添加物有二氧化硅、氧化鎂、氧化釔、 二氧化鋯等等，其中以二氧化硅最為有效，加入量最高可達(dá)30%，而其它添加物加入量一般 小于1%。
氧化鋁纖維中二氧化硅的加入方式有很多種(l)以有機(jī)硅化合物的形式，如硅酸酯類、 有機(jī)硅氧烷類等。利用酸性催化法形成硅溶膠，然后加入到氧化鋁溶膠中，混合后濃縮到適 合粘度進(jìn)行紡絲。該方法最大的難點(diǎn)是有機(jī)硅的水解不完全，所得溶膠紡絲液的穩(wěn)定性差， 在纖維生產(chǎn)的過程中，溶膠性能發(fā)生明顯變化，影響工藝和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。(2)以有機(jī) 前驅(qū)體的形式，如聚鋁硅氧烷。通過化學(xué)合成直接得到有機(jī)聚鋁硅氧垸，然后溶解到有機(jī)溶
劑中得到適合紡絲用的溶液。該方法的前驅(qū)體合成難度大、成本高；在干法紡絲過程中必須 對溶劑進(jìn)行回收，進(jìn)一步增加了生產(chǎn)成本。(3)以無機(jī)硅溶膠的形式，如通過水玻璃加酸水 解然后用酸性離子交換樹脂的方式制備無硅機(jī)溶膠。該方法的難點(diǎn)是離子交換不徹底，因此 硅溶膠中含有少量的金屬離子，尤其是鈉、鉀等堿金屬離子，嚴(yán)重?fù)p害纖維的高溫力學(xué)性能。 此外這種硅溶膠在濃縮后穩(wěn)定性較差，容易凝膠化，影響生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性，進(jìn)而影響陶瓷 纖維的質(zhì)量穩(wěn)定性。(4)以粉末的形式加入，即將二氧化硅陶瓷粉末添加到鋁溶膠中。該方 法的難點(diǎn)是陶瓷粉體的分散難度大，通常形成團(tuán)聚，嚴(yán)重影響纖維微觀組織的均勻性，并對 力學(xué)性能產(chǎn)生不利的影響。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種方法工藝簡單、成本低的連續(xù)氧化鋁基陶瓷纖維的制備方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是采用雙相溶膠-凝膠技術(shù)，將有機(jī)硅烷或者有機(jī)硅酸酯在堿性催化劑 下進(jìn)行水解，形成溶膠，然后與氧化鋁溶膠混合，得到混合溶膠，經(jīng)濃縮后獲得具有紡絲性 能的溶膠。
本發(fā)明包括下列步驟
1) 制備氧化鋁溶膠；
2) 制備二氧化硅溶膠；
3) 將氧化鋁溶膠和二氧化硅溶膠混合，得雙相溶膠，并添加紡絲助劑；
4) 將添加助劑后的雙相溶膠濃縮，干法紡絲，得凝膠纖維；
5) 將凝膠纖維熱解，得陶瓷纖維；
6) 將陶瓷纖維燒結(jié)，得連續(xù)氧化鋁基陶瓷纖維。
在步驟1)中，制備氧化鋁溶膠是通過金屬鋁和鋁鹽的水溶液反應(yīng)，回流，金屬鋁溶解 完全，過濾即得到澄清的氧化鋁溶膠，其中，金屬鋁可以是純度大于99.5%的鋁粉、鋁箔、 鋁條或鋁塊等中的至少一種，最好是粒度在50 200目的鋁粉。鋁鹽可以是三氯化鋁、硝酸 鋁、硫酸鋁等中的至少一種。按摩爾比，金屬鋁鋁鹽為(3 6) : 1，鋁鹽的水溶液的濃度 為0.2 2mol/L，回流的溫度最好為90 12(TC,回流的時間最好為8 24h。
在步驟2)中，制備二氧化硅溶膠是通過有機(jī)硅酸酯堿性水解獲得，其中有機(jī)硅酸酯可 以是硅酸甲酯、硅酸乙酯、硅酸丙酯或硅酸異丙酯等中的至少一種，堿可以是脲、氨水、乙 二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、六次甲基四胺等有機(jī)胺類中的至少一種，溶劑可以是可溶 性醇類或酮類，可溶性醇類可以是甲醇、乙醇、異丙醇、乙二醇、丙酮、丁酮等可溶性醇類 中的一種，按體積比，溶劑有機(jī)硅酸酯》1，堿的濃度最好為0.1%~20%,水解的溫度最 好為室溫至IO(TC之間，水解的時間最好為1 24h。通過改變堿的濃度、水解溫度及時間， 可以獲得粒徑在10 200nm的二氧化硅溶膠。該溶膠存放5個月，不會自發(fā)凝膠化，溶膠粒 徑無明顯長大，其流變性能、化學(xué)結(jié)構(gòu)與新配制的溶膠相比無顯著變化。
在步驟3)中，雙相溶膠的制備是通過將氧化鋁溶膠和二氧化硅溶膠混合獲得，其中， 堿性的二氧化硅溶膠需要預(yù)先添加酸將其pH值調(diào)為酸性，否則與氧化鋁溶膠的直接混合將 會導(dǎo)致后者的絮凝。當(dāng)溶膠中需要加入除硅以外的其它金屬離子時，將相應(yīng)金屬離子的氯化 物或硝酸鹽或氧氯化物，如MgCl2、 CrCl3、 FeCl3、 CuCl2、 TiCl4、 Y(N03)3、 ZrOCl2等配制 成水溶液，加入到雙相溶膠中。
在雙相溶膠中添加紡絲助劑可以提高溶膠的紡絲性和凝膠纖維的初始強(qiáng)度。紡絲助劑可 以是聚乙二醇、聚乙烯醇、聚氧化乙烯、部分水解的聚醋酸乙烯、聚丙烯酸酯、聚乙烯批咯 烷酮、聚馬來酸等水溶性高分子中的至少一種，水溶性高分子的聚合度可為1000 100000， 按質(zhì)量百分比，紡絲助劑的加入量最好為氧化鋁溶膠的0.5% 10%。
在步驟4)中，將添加助劑后的雙相溶膠濃縮，脫除溶劑后得到粘度為10 1000 Pa*s(25°C) 的紡絲液，所述干法紡絲是將紡絲液放入干法紡絲機(jī)的紡絲液儲罐中，經(jīng)脫泡處理后，在20~ 80'C下以10 300m/min的巻繞速度進(jìn)行干法紡絲，得到凝膠纖維?？紤]到紡絲液中含有大量 的溶劑水，干法紡絲機(jī)的噴頭和巻繞筒之間最好設(shè)置一段干燥甬道，通以干燥的熱空氣?？?氣的相對濕度最好不高于60%,空氣最好預(yù)先加熱到40 8(TC，氣流方向與凝膠纖維運(yùn)動方 向相反。
在步驟5)中，將凝膠纖維熱解可在空氣氣氛中以l 10°C/min升溫速率升至700 900°C ， 脫除凝膠纖維中的水分、陰離子(如氯離子、硝酸根離子)并氧化分解有機(jī)物，獲得陶瓷纖 維。
在步驟6)中，將陶瓷纖維燒結(jié)最好以10 1000°C/min的速率升溫到900 1600。C進(jìn)行
燒結(jié)，獲得連續(xù)氧化鋁基陶瓷纖維。
本發(fā)明具有以下突出優(yōu)點(diǎn)(i)在有機(jī)硅烷或者有機(jī)硅酸酯水解過程中采用堿性催化劑，
避免了酸性水解所引起的溶膠的不穩(wěn)定性。本發(fā)明所得的二氧化硅溶膠即使存放5個月，也 不會自發(fā)凝膠化，溶膠粒徑無明顯長大，其流變性能、化學(xué)結(jié)構(gòu)與新配制的溶膠相比無顯著 變化。通過調(diào)節(jié)堿性催化劑的濃度、水解的溫度和時間可以獲得粒徑可控的溶膠粒子。(2) 采用溶膠-凝膠法制備陶瓷纖維時，最常遇到的難題是在干燥過程中，由溶膠紡絲得到的凝膠 纖維經(jīng)常產(chǎn)生嚴(yán)重的開裂，無法得到連續(xù)的纖維。本發(fā)明中，通過控制二氧化硅溶膠粒子的 直徑，可以降低干燥過程中產(chǎn)生的毛細(xì)管力，從而有效抑制纖維干燥過程中的開裂傾向。(3) 雙相溶膠法不僅可以制備含二氧化硅的連續(xù)氧化鋁基陶瓷纖維，通過類似的辦法還可以制備 含有其它組分(如氧化鎂、氧化釔、二氧化鋯等)的連續(xù)氧化鋁基陶瓷纖維。(4)原料成本 低，工藝穩(wěn)定并且容易調(diào)整。本方法主要原料(金屬鋁粉，三氯化鋁和有機(jī)硅酸酯等)來源 廣泛并且便宜，相對于采用金屬醇鹽水解法、聚鋁硅氧垸法有著明顯的成本優(yōu)勢。由于鋁溶 膠和二氧化硅溶膠穩(wěn)定性和相容性好，可以根據(jù)要求制備具有不同二氧化硅含量的氧化鋁基 陶瓷纖維，工藝適應(yīng)性強(qiáng)。
圖1為本發(fā)明實施例2的SEM照片。在圖1中，標(biāo)尺為ltxm。 圖2為本發(fā)明實施例3的SEM照片。在圖1巾，標(biāo)尺為3pm。 圖3為本發(fā)明實施例4的SEM照片。在圖1中，標(biāo)尺為2nm。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。 實施例I
(1) 在500ml圓底燒瓶中加入200ml三氯化鋁水溶液(lmol/L)和27g金屬鋁粉，加 熱回流12h，使鋁粉完全溶解。冷卻后，用濾紙過濾得到澄清的氧化鋁溶膠。
(2) 將1U8g正硅酸乙酯(Si (OC2H5) 4)溶解于40ml無水乙醇中，加入10ml氨水 溶液(1%)， 6CTC水解24h后，加入稀鹽酸調(diào)節(jié)pH值為4，得到平均粒徑為30nm的二氧化 硅溶膠。
(3) 將5g平均聚合度在1750,醇解度99M的聚乙烯醇溶解在95g水中配置成5X的溶 液，得到紡絲助劑。
(4) 將步驟(1)所得到的氧化鋁溶膠與將步驟(2)所得到的二氧化硅溶膠攪拌混合后， 再加入步驟(3)所得到的紡絲助劑50g，攪拌混合后在80'C下減壓濃縮，得到粘度為50Pa-s 的紡絲液。
(5) 將步驟(4)制得的紡絲液放入干法紡絲機(jī)中，在5(TC下保溫脫泡處理4h后，以 200m/min的巻繞速度進(jìn)行干法紡絲，得到平均直徑為15 的凝膠原絲。
(6) 將步驟(5)所得到的凝膠原絲在空氣氣氛中以5。C/min升溫速率升至800。C，保溫 lh以脫除原絲中水分、氯離子并氧化分解有機(jī)物，得到熱解陶瓷纖維。
(7) 將步驟(6)所得到的熱解纖維在空氣氣氛中以100'C/min升溫速率升至1400。C燒 結(jié)，得到多晶氧化鋁基纖維。
經(jīng)測量，所得的氧化鋁纖維平均直徑為l(Him，密度為3.5g/cm3，拉伸強(qiáng)度為1.5GPa，彈 性模量為350GPa,平均晶粒尺寸為80nm，主要由a型氧化鋁和少量莫來石組成。按質(zhì)量百分 比，纖維的化學(xué)成分為Al20395 %， Si025%。纖維直徑用掃描電子顯微鏡(SEM)測定，至 少20根纖維取平均值求得；強(qiáng)度用單纖維強(qiáng)力電子測試儀測定(試樣標(biāo)距25mm，拉伸速率 lmm/min)，模量由強(qiáng)度和斷裂伸長率計算，至少20根纖維取平均值求得；晶相組成和晶粒
尺寸均由X射線獲得，化學(xué)成分通過化學(xué)元素滴定分析獲得。 實施例2
(1) 100ml三氯化鋁水溶液(2mol/L)和18.2g金屬鋁箔加熱回流12h，鋁箔完全溶解。 所得的液體冷卻后，用濾紙過濾得到澄清的氧化鋁溶膠。
(2) 18.24g正硅酸甲酯(Si (OCH3) 4)溶解于60ml無水乙醇中，加入10ml乙二胺水 溶液(0.5%), 50'C水解12h后得到二氧化硅溶膠，加入稀鹽酸調(diào)節(jié)pH值為3.5，得到平均 粒徑為10nm的二氧化硅溶膠。
(3) 將20g聚乙烯吡咯烷酮(K90)溶解在80g水中配置成20%的溶液，得到紡絲助劑。
(4) 將步驟(1)所得到的鋁溶膠與將步驟(2)所得到的二氧化硅溶膠攪拌混合后，再 加入步驟(3)所得到的紡絲助劑40g，攪拌混合后在70。C下減壓濃縮，得到粘度為30Pa-s 的紡絲液。
(5) 將步驟(4)制得的紡絲液放入干法紡絲機(jī)中，經(jīng)5(TC下保溫脫泡處理4h后，以 200m/min的巻繞速度進(jìn)行干法紡絲，得到平均直徑為15 nm的凝膠原絲。
(6) 將步驟(5)所得到的凝膠原絲在空氣氣氛中以rC/min升溫速率升至70(TC，保溫 lh以脫除原絲中水分、氯離子并氧化分解有機(jī)物，得到熱解陶瓷纖維。
(7) 將步驟(6)所得到的熱解纖維在空氣氣氛中以200。C/min升溫速率升至150(TC燒 結(jié)，得到多晶氧化鋁基纖維(見圖l)。
經(jīng)測量，所得的氧化鋁纖維平均直徑為10pm，密度為3.2g/cm3，拉伸強(qiáng)度為2.0GPa,彈 性模量為270GPa，平均晶粒尺寸為40nm，主要由ot型氧化鋁和莫來石組成。按質(zhì)量百分比， 纖維的化學(xué)成分為Al20385 %， Si0215 %。
實施例3
(1) 1000ml硝酸鋁水溶液(O.3mol/L)和48.6g金屬鋁箔加熱回流24h，鋁箔完全溶解。 所得的液體冷卻后，用濾紙過濾得到澄清的氧化鋁溶膠。
(2) 將145.8g正硅酸乙酯(Si (OC2H5) 4)溶解于500ml無水乙醇中，加入20ml六次 甲基四胺水溶液(20%), 70。C水解18h后得到二氧化硅溶膠，加入稀鹽酸調(diào)節(jié)pH值為3， 得到平均粒徑為lOOnm的二氧化硅溶膠。
(3) 將lOg平均聚合度在100000的聚丙烯酸溶解在90g水中配置成10%的溶液，得到 紡絲助劑。
(4) 將步驟(1)所得到的鋁溶膠與將步驟(2)所得到的二氧化硅溶膠攪拌混合后，再 加入步驟(3)所得到的紡絲助劑100g，攪拌混合后在85℃下減壓濃縮，得到粘度為lOOPa-s 的紡絲液。
(5) 將步驟(4)制得的紡絲液放入干法紡絲機(jī)中，經(jīng)5℃下保溫脫泡處理4h后，以 300m/min的巻繞速度進(jìn)行干法紡絲，得到平均直徑為14 pm的凝膠原絲。
(6) 將歩驟(5)所得到的凝膠原絲在空氣氣氛中以2tVmin升溫速率升至90℃，保溫 0.5h以脫除原絲中水分、硝酸根離子并氧化分解有機(jī)物，得到熱解陶瓷纖維。
(7) 將步驟(6)所得到的熱解纖維在空氣氣氛中以100tVmin升溫速率升至1500℃燒 結(jié)，得到多晶氧化鋁基纖維(見圖2)。
經(jīng)測量，所得的氧化鋁纖維平均直徑為11 mum，密度3.0g/cm3，拉伸強(qiáng)度為1.8GPa，彈性 模量為200GPa，主要由平均晶粒尺寸為70nm的莫來石組成。按質(zhì)量百分比，纖維的化學(xué)成 分為八120372%， Si0228%。
實施例4
溶膠的制備和紡絲同實施例1.
將所得到的凝膠原絲在空氣氣氛中以5℃/min升溫速率升至700℃，保溫lh，再以 1000℃/min升溫速率升至120℃燒結(jié)，得到多晶氧化鋁基纖維(見圖3)。
經(jīng)測量，所得的氧化鋁纖維平均直徑為lOpm,密度為2.5g/cm3,彈性模量為230GPa， 主要由晶粒尺寸為20nm左右的y型氧化鋁組成。按質(zhì)量百分比，纖維的化學(xué)成分為A1203 95 %， Si025%。該纖維具有良好的催化活性，適宜制作高溫催化劑載體。
實施例5
(1) 1000ml三氯化鋁水溶液(0.2mol/L)和21.6g金屬鋁粉加熱回流18h，鋁粉完全溶 解。所得的液體冷卻后，用濾紙過濾得到澄清的氧化鋁溶膠。
(2) 將56.14g正硅酸丙酯(Si (OC3H7) 4)溶解于250ml無水乙醇中，加入20ml三乙 烯四胺水溶液(5%)， 8℃水解24h后得到二氧化硅溶膠，加入稀鹽酸調(diào)節(jié)pH值為4，得到 平均粒徑為200nm的二氧化硅溶膠。
(3) 將10g平均聚合度在500000的聚氧化乙烯溶解在90g水中配置成10%的溶液，得 到紡絲助劑。1.02g結(jié)晶氯化鎂(MgCl2*6H20)溶解于8.98g水配成10.2。/。的燒結(jié)助劑溶液。
(4) 將步驟(1)所得到的鋁溶膠與將步驟(2)所得到的二氧化硅溶膠攪拌混合后，再
加入步驟(3)所得到的紡絲助劑100g和燒結(jié)助劑溶液10g,攪拌混合后在90。C下減壓濃縮， 得到粘度為80Pa.s的紡絲液。
(5) 將步驟(4)制得的紡絲液放入干法紡絲機(jī)中，經(jīng)5(TC下保溫脫泡處理4h后，以 300m/min的巻繞速度進(jìn)行干法紡絲，得到平均直徑為14 pm的凝膠原絲。
(6) 將步驟(5)所得到的凝膠原絲在空氣氣氛中以2'C/min升溫速率升至80(TC，保溫 lh以脫除原絲中水分、氯離子并氧化分解有機(jī)物，得到熱解陶瓷纖維。
(7) 將步驟(6)所得到的熱解纖維在空氣氣氛中以300。C/min升溫速率升至150(TC燒 結(jié)，得到多晶氧化鋁基纖維。
經(jīng)測量，所得的氧化鋁纖維平均直徑為10pm，密度3.4g/cin3，拉伸強(qiáng)度為2.0GPa，彈性 模量為320GPa，平均晶粒尺寸為50nm,主要由cc型氧化鋁和莫來石組成。按質(zhì)量百分比，纖 維的化學(xué)成分為Al2O379.74°/0， Si0219.95%， MgO0.31%。
權(quán)利要求
1. 一種連續(xù)氧化鋁基陶瓷纖維的制備方法，其特征在于包括下列步驟∶1)制備氧化鋁溶膠；2)制備二氧化硅溶膠；3)將氧化鋁溶膠和二氧化硅溶膠混合，得雙相溶膠，并添加紡絲助劑；4)將添加助劑后的雙相溶膠濃縮，干法紡絲，得凝膠纖維；5)將凝膠纖維熱解，得陶瓷纖維；6)將陶瓷纖維燒結(jié)，得連續(xù)氧化鋁基陶瓷纖維。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)氧化鋁基陶瓷纖維的制備方法，其特征在于在步驟l) 中，制備氧化鋁溶膠是通過金屬鋁和鋁鹽的水溶液反應(yīng)，回流，金屬鋁溶解完全，過濾即得 到澄清的氧化鋁溶膠。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)氧化鋁基陶瓷纖維的制備方法，其特征在于在步驟l) 中，金屬鋁為純度大于99.5%的鋁粉、鋁箔、鋁條或鋁塊中的至少一種；鋁鹽為三氯化鋁、 硝酸鋁、硫酸鋁中的至少一種；按摩爾比，金屬鋁鋁鹽為3 6:1，鋁鹽的水溶液的濃度 為0.2 2mol/L，回流的溫度為90 12CTC，回流的時間為8 24h。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)氧化鋁基陶瓷纖維的制備方法，其特征在于在步驟2) 中，制備二氧化硅溶膠是通過有機(jī)硅酸酯堿性水解獲得，其中有機(jī)硅酸酯為硅酸甲酯、硅酸 乙酯、硅酸丙酯或硅酸異丙酯中的至少一種，堿為脲、氨水、乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯 四胺、六次甲基四胺有機(jī)胺類中的至少一種，溶劑為可溶性醇類或酮類，可溶性醇類為甲醇、 乙醇、異丙醇、乙二醇、丙酮、丁酮中的一種；按體積比，溶劑有機(jī)硅酸酯^1，堿的濃度 為0.1% 20%，水解的溫度為室溫至IO(TC之間，水解的時間為1 24h。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)氧化鋁基陶瓷纖維的制備方法，其特征在于在步驟3) 中，雙相溶膠的制備是通過將氧化鋁溶膠和二氧化硅溶膠混合獲得，其中，堿性的二氧化硅 溶膠預(yù)先添加酸將其pH值調(diào)為酸性。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)氧化鋁基陶瓷纖維的制備方法，其特征在于在步驟3) 中，紡絲助劑為聚乙二醇、聚乙烯醇、聚氧化乙烯、部分水解的聚醋酸乙烯、聚丙烯酸酯、 聚乙烯吡咯垸酮、聚馬來酸中的至少一種，聚合度為1000 100000，按質(zhì)量百分比，紡絲助1劑的加入量為氧化鋁溶膠的0.5% 10%。
7. 如權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)氧化鋁基陶瓷纖維的制備方法，其特征在于在步驟4) 中，將添加助劑后的雙相溶膠濃縮，脫除溶劑后得到粘度為10 1000Pa-s (25°C)的紡絲液。
8. 如權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)氧化鋁基陶瓷纖維的制備方法，其特征在于在步驟4) 中，所述干法紡絲是將紡絲液放入干法紡絲機(jī)的紡絲液儲罐中，經(jīng)脫泡處理后，在20 80'C 下以10 300m/min的巻繞速度進(jìn)行干法紡絲，得到凝膠纖維。
9. 如權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)氧化鋁基陶瓷纖維的制備方法，其特征在于在步驟5) 中，將凝膠纖維熱解是在空氣氣氛中以1 1(TC/min升溫速率升至700 90(TC，脫除凝膠纖 維中的水分、陰離子，并氧化分解有機(jī)物，獲得陶瓷纖維。
10. 如權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)氧化鋁基陶瓷纖維的制備方法，其特征在于在步驟6) 中，將陶瓷纖維燒結(jié)是以10 1000'C/min的速率升溫到900 160(TC進(jìn)行燒結(jié)。
全文摘要
一種連續(xù)氧化鋁基陶瓷纖維的制備方法，涉及一種氧化鋁基陶瓷纖維，尤其是涉及一種以氧化鋁為主要組分，通過加入第二組分作為晶相抑制劑的連續(xù)氧化鋁基陶瓷纖維的制備方法。提供一種方法工藝簡單、成本低的連續(xù)氧化鋁基陶瓷纖維的制備方法。制備氧化鋁溶膠；制備二氧化硅溶膠；將氧化鋁溶膠和二氧化硅溶膠混合，得雙相溶膠，并添加紡絲助劑；將添加助劑后的雙相溶膠濃縮，干法紡絲，得凝膠纖維；將凝膠纖維熱解，得陶瓷纖維；將陶瓷纖維燒結(jié)，得連續(xù)氧化鋁基陶瓷纖維。
文檔編號C04B35/624GK101381225SQ20081007192
公開日2009年3月11日 申請日期2008年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月10日
發(fā)明者琳 蘭, 葉鑫南, 力 張, 張立同, 林昆侖, 陳立富 申請人:廈門大學(xué)