本發(fā)明屬于耐火隔熱材料領(lǐng)域，具體涉及一種利用牛角瓜纖維獲得中空氧化鋯纖維的方法。

背景技術(shù)：

工業(yè)生產(chǎn)中，隔熱部件大量使用了纖維狀的氧化鋯，二氧化鋯（ZrO₂）具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，優(yōu)良的高溫導(dǎo)電性及較高的高溫強(qiáng)度和韌性，良好的抗腐蝕性和穩(wěn)定性，是目前發(fā)展迅速的特種陶瓷的重要原料，可用于生產(chǎn)高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、生物陶瓷和電子陶瓷等。二氧化鋯還具有馬氏體相變的特性，這是二氧化鋯被用來提高陶瓷材料的韌性和耐火材料熱震穩(wěn)定性的重要依據(jù)。（尹衍升，李嘉. 氧化鋯陶瓷及其復(fù)合材料[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003：1-10）氧化釔穩(wěn)定氧化鋯（YSZ）陶瓷具有高的機(jī)械強(qiáng)度、良好的高溫?zé)岱€(wěn)定性和耐化學(xué)腐蝕性能等。作為爐襯材料，大大節(jié)省了熱工窯爐中由于爐襯材料所造成的能源消耗，在節(jié)能方面為熱工窯爐上了新的臺階。（胡利明，陳琳，高杰等. 隔熱陶瓷纖維及制品[J]，現(xiàn)在技術(shù)陶瓷，2002(1)：24-26. ）氧化鋯纖維具有優(yōu)異的隔熱性能，同時(shí)能在高溫下連續(xù)工作，因此在隔熱耐火材料中占有極其重要的地位。它在航空器、航天器絕熱部件，電池隔膜，各種加熱爐、等靜壓爐、保溫均熱爐、寶石爐爐襯，原子能反應(yīng)堆隔熱部件等得到廣泛的應(yīng)用。目前方法制備的氧化鋯纖維大都為實(shí)心纖維（許東, 劉和義, 侯憲欽,等.有機(jī)聚鋯前驅(qū)體紡絲液甩絲法制備氧化鋯纖維棉: CN, CN1584155[P]. 2005.）。這些纖維堆積在一起雖然具有較好的保溫性能，但其實(shí)心構(gòu)造卻不利于鎖定空氣和獲得更優(yōu)異的隔熱性能。部分纖維雖然為空心纖維，但是直徑較大，難以用于隔熱材料領(lǐng)域（Zhen S, Sun W, Tang G, et al. Fabrication and evaluation of NiO / Y2O3-stabilized-ZrO2 hollow fibers for anode-supported micro-tubular solid oxide fuel cells[J].Ceramics International, 2016, 42(7):8559-8564.）。牛角瓜纖維為中空管狀結(jié)構(gòu)，牛角瓜纖維長度20mm~40．5mm，平均長度34．175mm，標(biāo)準(zhǔn)偏差為4．2493。直徑約20~28μm，壁厚0．6~1．2μm?？v向外觀呈圓柱形．表面光滑，不顯轉(zhuǎn)曲；梢端較細(xì)，頂端封閉．中段較粗．末端開口。纖維截面為圓形或橢圓形的大中空管壁．中空度高達(dá)80％-90％。（費(fèi)魏鶴,胡惠民,李璇,等.牛角瓜纖維的結(jié)構(gòu)與性能研究[J].中國纖檢,2011(7):80-83.）。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決中空氧化鋯纖維不易制備的問題，本發(fā)明的目的是提供一種利用牛角瓜纖維獲得中空氧化鋯纖維的方法，相對于傳統(tǒng)方法而言，本發(fā)明方法簡單、穩(wěn)定、實(shí)用，制備的纖維具有密度低，中空度高，保溫性能良好等特點(diǎn)。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種利用牛角瓜纖維獲得中空氧化鋯纖維的方法，其特征在于該方法步驟如下：

步驟1、以鋯鹽和硝酸釔為原料，其中硝酸釔是穩(wěn)定劑，將其混合，再將混合物溶于50%體積分?jǐn)?shù)酒精配成溶液；硝酸釔與鋯鹽的質(zhì)量比為2~18:100，鋯鹽與50%體積分?jǐn)?shù)酒精質(zhì)量比為1～15％；

步驟2、將牛角瓜纖維浸入步驟1中的溶液中，充分浸漬后擠干，取出后烘干；

步驟3、將經(jīng)過步驟2的牛角瓜纖維在有氧氣氛中升溫?zé)Y(jié)，制得中空氧化鋯纖維。

進(jìn)一步地，步驟1中所述的鋯鹽為氧氯化鋯或硝酸鋯。配成的溶液中鋯鹽與50%體積分?jǐn)?shù)酒精的質(zhì)量比優(yōu)選1～10%；

進(jìn)一步地，所述步驟2中的牛角瓜纖維浸泡時(shí)間大于1min，優(yōu)選10min。

進(jìn)一步地，所述步驟3中經(jīng)過步驟2的牛角瓜纖維在有氧氣氛中以1～10℃/min的升溫速率燒結(jié)至600～1800℃，保溫0～10h。升溫速率優(yōu)選1～3℃/min；燒結(jié)溫度優(yōu)選750～1250℃；保溫時(shí)間優(yōu)選1～2h。步驟3中所述的有氧氣氛為空氣、純氧氣氣氛。

本發(fā)明使用的牛角瓜纖維具備吸油拒水的特點(diǎn)，需要在用有機(jī)溶劑才能保證其浸漬效果，所以本發(fā)明采用的是用50%體積分?jǐn)?shù)的酒精作為溶劑。牛角瓜纖維經(jīng)混合溶液浸泡后，鋯鹽、穩(wěn)定劑進(jìn)入到牛角瓜纖維管壁中。在烘干并燒結(jié)的升溫過程中，鋯鹽轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸?，存在于牛角瓜纖維管壁中。較高溫度時(shí)，牛角瓜纖維分解燒蝕，留下氧化鋯，最終獲得中空的氧化鋯纖維。氧化釔作為穩(wěn)定劑與氧化鋯形成穩(wěn)定的固溶體從而保證在溫度變化時(shí)不發(fā)生相變。

本發(fā)明采用牛角瓜纖維模板，相比于木棉模板（不限于木棉，包括其他纖維模板，如楊絮等）制備的氧化鋯纖維，在各個(gè)方面都有著巨大優(yōu)勢。首先從纖維模板上，牛角瓜纖維是牛角瓜果實(shí)的冠毛纖維，是牛角瓜種植過程中副產(chǎn)物，類似于玉米穗纖維在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一般是直接遺棄的，本發(fā)明相當(dāng)于變廢為寶，將其充分利用以制備隔熱纖維。其次是在從制備而成的氧化鋯纖維上來看，以牛角瓜為模板制備的氧化鋯纖維的連續(xù)性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于木棉纖維，纖維長且至，結(jié)構(gòu)規(guī)則，同時(shí)纖維不易發(fā)生粘連，這樣的結(jié)構(gòu)能夠更加有效的將空氣鎖定在管狀纖維中，有效的限制空氣的流動，以牛角瓜纖維為模板制備的氧化鋯纖維將擁有更為優(yōu)異的隔熱性能，更低的導(dǎo)熱系數(shù)。

最后在工藝上，采用了以酒精為溶劑配置浸漬液，極大的縮短了浸漬時(shí)間，而且由于酒精的易揮發(fā)性，使得纖維在各種不同的條件下浸漬都不易發(fā)生粘連的現(xiàn)象，工藝控制更加簡單，最后由于不需要真空箱抽真空，節(jié)約了電能也節(jié)省了機(jī)器購買費(fèi)用。

本發(fā)明方法簡單、穩(wěn)定、實(shí)用，制備的纖維具有密度低，中空度高，保溫性能良好等特點(diǎn)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果是：

本發(fā)明利用中空的牛角瓜纖維為載體，將其浸漬于含鋯溶液獲得前驅(qū)體，高溫煅燒后制得中空氧化鋯纖維。不同于其余方法，本發(fā)明所制備的氧化鋯纖維呈中空狀，且纖維直徑較細(xì)，這樣的纖維堆積在一起，可以將空氣劃分為更細(xì)小的空間。在傳熱過程中，空氣的流動比在實(shí)心纖維中更困難，而空氣本身熱導(dǎo)率極低、有利于隔熱性能的提高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中制得的氧化鋯X射線衍射圖譜。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1中制得的中空氧化鋯纖維高倍率微觀結(jié)構(gòu)圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例1中制得的中空氧化鋯纖維低倍率微觀結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

一種利用牛角瓜纖維獲得中空氧化鋯纖維的方法，其步驟如下：

（1）以氧氯化鋯等鋯鹽和穩(wěn)定劑硝酸釔為原料，將其混合，硝酸釔與鋯鹽的質(zhì)量比為2~18:100 。再將混合溶質(zhì)溶于50%體積分?jǐn)?shù)酒精配成溶液，鋯鹽與50%體積分?jǐn)?shù)酒精的質(zhì)量比為1～10%；（具體實(shí)施方法中的參數(shù)為步驟中的優(yōu)選范圍）

（2）將牛角瓜纖維浸入上述溶液中，浸泡10min后擠干，取出烘干；

（3）將經(jīng)過前兩個(gè)步驟的牛角瓜纖維在空氣或純氧氣氣氛中以1～3℃/min的升溫速率燒結(jié)至750～1250℃，保溫1～2h，制得中空氧化鋯纖維。

實(shí)施例1

取4.97g的氧氯化鋯溶入50ml的體積分?jǐn)?shù)50%的酒精中，加入0.47g硝酸釔穩(wěn)定劑，配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的氧氯化鋯浸漬溶液。將牛角瓜纖維浸入上述溶液中，浸泡10min后，取出烘干；將烘干后的牛角瓜纖維在空氣中以3℃/min的升溫速率升至1000℃，保溫1h后，制得中空氧化鋯纖維。從圖1中的X射線衍射圖譜可知該材料為四方相立方相混合的氧化鋯。圖2所示為制得的氧化鋯纖維掃描電鏡高倍率照片，可見纖維呈中空狀。圖3所示為氧化鋯纖維掃描電鏡低倍率照片，可見纖維連續(xù)性較好。

實(shí)施例2

取0.92 g的氧氯化鋯溶入50ml的體積分?jǐn)?shù)50%的酒精中，加入0.087g硝酸釔穩(wěn)定劑，配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的氧氯化鋯浸漬溶液。將牛角瓜纖維浸入上述溶液中，浸泡1min后擠干，取出烘干；將烘干后的牛角瓜纖維在空氣中以1℃/min的升溫速率升至600℃，保溫1h后，制得中空氧化鋯纖維。

實(shí)施例3

取18.6g的氧氯化鋯溶入50ml的體積分?jǐn)?shù)50%的酒精中，加入1.77g硝酸釔穩(wěn)定劑，配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的氧氯化鋯浸漬溶液。將牛角瓜纖維浸入上述溶液中，浸泡10min后擠干，取出烘干；將烘干后的牛角瓜纖維在空氣中以10℃/min的升溫速率升至1800℃，保溫10h后，制得中空氧化鋯纖維。

應(yīng)當(dāng)指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。