專利名稱：多晶剛玉纖維及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新型多晶剛玉纖維和制備它們的方法，其中羥基氯化
鋁(Aluminiumchlorohydrat)用作起始化合物。
背景技術(shù)：
陶瓷纖維多年以來已經(jīng)被生產(chǎn)并用于不同領(lǐng)域。它們的特征在于 高的耐化學(xué)品性、高的熱穩(wěn)定性和突出的機(jī)械性能。雖然短纖維已經(jīng) 作為石棉的替代品在高溫絕緣材料中獲得巨大的重要性，但可獲得的 長絲纖維為利基產(chǎn)品(Nischenprodukt)，其由于高價格僅在有限的 范圍內(nèi)用于特種應(yīng)用。
作為絕緣材料，基于氧化鋁和氧化鋁/二氧化硅(莫來石)的陶瓷 纖維在窯爐構(gòu)造、在航空和航天和在汽車領(lǐng)域得到應(yīng)用。
在制備這些氧化鋁纖維和莫來石纖維時，相應(yīng)的金屬氧化物的前 體用作起始材料。為了穩(wěn)定晶相并抑制晶體生長，經(jīng)常使用二氧化硅 (EP 0 318 203和EP 0 206 634 )。用于影響纖維中晶體結(jié)構(gòu)和晶體 生長的其它添加劑，例如MgO和氧化鐵，描述于EP 0 294 208中。
作為用于制備氧化鋁纖維和莫來石纖維的前體，使用鋁鹽例如羥 基氯化鋁(EP 0 318 203 )或甲酸-乙酸鋁混合鹽(EP 0 294 208 )。 相反，在US 3 808 Q15中從由氧化鋁顆粒(13-80%比例)和合適的粘 結(jié)劑，例如羥基氯化鋁組成的混合物出發(fā)。根據(jù)US 3 808 015所使用 的氧化鋁顆粒應(yīng)具有99. 5 %的小于5 m m， 98 %的小于3 jli m和5 0%大于 0. 2 iLim的剛玉尺寸分布。
為了改進(jìn)所述物料的流變性和可紡性，經(jīng)常添加水溶性聚合物， 例如聚氧化乙烯或聚乙烯醇。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供基本上由剛玉和周期表第i或n主族元素的氧化物構(gòu)
成的多晶剛玉纖維，其中這些剛玉纖維的微晶具有以下粒子尺寸分布 O至O. 15微米(34% )， 0. 15至0. 29微米(55% )和O. 29至0. 43微米(11 % )。優(yōu)選的是O至O. 06微米(34 % ) ; 0. 06至0. 122微米(55 % )和 0. 122至0. 3微米(11% )的粒子尺寸分布。采用所述粒子尺寸分布， 根據(jù)本發(fā)明的剛玉纖維明顯地區(qū)別于根據(jù)EP 294 208的剛玉纖維，其 根據(jù)在該文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)具有完全不同的粒子尺寸分布且具有明顯更大 的粒子尺寸。
本發(fā)明的剛玉纖維優(yōu)選包含O. 01至20重量％的第I或II主族的氧 化物。這類氧化物尤其是CaO和MgO。
本發(fā)明進(jìn)一步提供制備前述的剛玉纖維的方法。這種方法包括，
將羥基氯化鋁的水溶液與元素周期表第i和n主族元素的氧化物形成
劑和促進(jìn)cc -氧化鋁形成的晶核混合，將該混合物用水溶性聚合物摻 混，紡成纖維，并在高于110(TC的溫度下煅燒這些纖維。
對于所使用的羥基氯化鋁適合的是通式Al2(0H)xCly,其中x為2. 5 至5. 5的數(shù)，且y為3. 5至0. 5的數(shù)，且x和y的總和總是為6。在此，優(yōu)選 從50%的水溶液出發(fā)，如其可商購的那樣。用促進(jìn)Ah03的ot-變形形成 的晶核摻混這樣的溶液。尤其是這樣的晶核引起在后續(xù)熱處理中oc-變形形成溫度的降低。作為晶核優(yōu)選考慮極細(xì)分的剛玉、水鋁石或赤 鐵礦。特別優(yōu)選使用平均粒子尺寸小于O. 1 Mm的極細(xì)分的(X-Al203晶 核。 一般基于形成的氧化鋁，0. 1至10重量％的晶核是足夠的。
此外，該起始溶液還包含氧化物形成劑，以便產(chǎn)生周期表第I和II 主族元素的氧化物MeO。為此尤其考慮氯化物，特別是元素Ca和Mg的氯 化物，但是此外還有其它的可溶性或可分散性鹽如氧化物、氯氧化物、 碳酸鹽或硫酸鹽。氧化物形成刑的量這樣測定，使得成品纖維包含0. 01 至20重量y。的氧化物MeO。第I和II主族的氧化物可作為在氧化鋁旁邊 的單獨的相存在或與所述氧化鋁一起形成真混合氧化物，例如尖晶石 等。術(shù)語"混合氧化物"在本發(fā)明的范圍內(nèi)應(yīng)這樣理解，即其一并包括這兩種類型。
還向由羥基氯化鋁、笫I和II主族元素的氧化物形成劑和晶核形成 的含水混合物中添加水溶性聚合物，借助其調(diào)節(jié)流變性以實現(xiàn)物料的 可紡性。作為聚合物考慮聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮及
其它的水溶性有機(jī)聚合物，其中聚合物的含量可為10-40重量％ (基于 該混合物的氧化物含量計)。為了提高固體含量，還可能有利的是， 從紡絲物料中除去水。這可通過在常壓或在減壓下加熱來進(jìn)行。
將本發(fā)明的紡絲物料經(jīng)過噴嘴吹出或壓出，其中收集以短纖維形 式的所形成的生纖維(Griinfaser)。還可能的是，用本發(fā)明的紡絲 物料生產(chǎn)長纖維，其中在這種情況下，將絲線拾取并巻繞到線軸上。 將如此獲得的生纖維在隨后的煅燒步驟中轉(zhuǎn)化成所期望的剛玉纖維。 從本發(fā)明的紡絲物料出發(fā)，a-氧化鋁的形成在超過110(TC的溫度下進(jìn) 行。如此獲得的纖維由至少80%的氧化鋁和至少70%的oc-Al203(剛玉) 構(gòu)成。剛玉微晶的平均直徑低于300 nm并且所有微晶的平均直徑低于 0. 5jum。由于微晶的小尺寸和它們的均勻分布導(dǎo)致本發(fā)明的纖維在保
持柔韌性的同時，顯示高拉伸模量和非常好的機(jī)械強度。 日7
于生產(chǎn)陶瓷基體復(fù)合材料和金屬基體復(fù)合材料，
具體實施方式
實施例l
將羥基氯化鋁的50 %水溶液用這樣多的氯化鎂摻混，以致于在煅 燒后氧化鋁與氧化鎂的比例為99. 5: 0. 5重量％。此外，向該溶液中添 加2%以極細(xì)剛玉的懸浮液形式的晶核(基于氧化物含量)。在通過攪 拌均化該溶液之后，添加聚乙烯吡咯烷酮的水溶液。在通過在減壓下 蒸去水而濃縮之后，將該紡絲物料通過多孔噴嘴以干紡法紡絲。將所 獲得的生纖維緩慢地加熱直至110(TC 。形成的剛玉纖維顯示在 10-150nm范圍中(掃描電子顯微鏡(REM)照片)的剛玉微晶。
X-射線結(jié)構(gòu)分析顯示主要存在a-氧化鋁。
權(quán)利要求
1.基本上由剛玉和周期表第I或II主族元素的氧化物構(gòu)成的多晶剛玉纖維，其中所述剛玉纖維的微晶具有以下粒子尺寸分布0至0.15微米(34％)，0.15至0.29微米(55％)和0.29至0.43微米(11％)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的多晶剛玉纖維，其中所述剛玉纖維的微晶具有以下粒子尺寸分布O至O. 06微米(34% ) ; 0. 06至0. 122微米(55 % )和O. 122至0. 3微米(11% )。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的多晶剛玉纖維，其特征在于，所述剛玉纖維含有O. 01至20重量％的周期表第1或11主族的氧化物。
4. 制備權(quán)利要求1的多晶剛玉纖維的方法，其特征在于，將羥基氯化鋁的水溶液用晶核和周期表第i和n主族元素的氧化物形成劑摻混，添加水溶性聚合物，由其紡成纖維并在高于1100。C的溫度下煅燒所述纖維。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，作為氧化物形成劑添加周期表第I或II主族元素的氯化物。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，作為晶核添加極細(xì)分的剛玉、水鋁石或赤鐵礦。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，基于成品剛玉纖維，添加0. 1至10重量％的晶核。
全文摘要
本發(fā)明要求保護(hù)基本上由剛玉和周期表第I或II主族元素的氧化物構(gòu)成的多晶剛玉纖維，其中所述剛玉纖維的微晶具有以下粒子尺寸分布0至0.15微米(34％)，0.15至0.29微米(55％)和0.29至0.43微米(11％)。以如下方式制備所述剛玉纖維用晶核和周期表第I和II主族元素的氧化物形成劑摻混羥基氯化鋁，添加水溶性聚合物，由其紡成纖維，并在高于1100℃的溫度下煅燒所述纖維。
文檔編號C01F7/30GK101516803SQ200780036068
公開日2009年8月26日 申請日期2007年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月28日
發(fā)明者B·克勞斯, N·羅什 申請人:科萊恩金融(Bvi)有限公司