氧化鋯基連續(xù)陶瓷纖維關(guān)鍵制備技術(shù).pdf

1、本文緒論部分首先介紹了氧化鋯陶瓷連續(xù)纖維的定義和用途，并詳細(xì)介紹了氧化鋯陶瓷連續(xù)纖維的研究進(jìn)展，包括氧化鋯陶瓷纖維前驅(qū)體的研究概況和氧化鋯陶瓷連續(xù)纖維的制備技術(shù)進(jìn)展，其中溶膠.凝膠紡絲技術(shù)是制備高質(zhì)量氧化鋯連續(xù)纖維的首選方法；最后論述了溶膠-凝膠化學(xué)的基本原理和轉(zhuǎn)變過程，重點(diǎn)討論了影響溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變過程的因素及相應(yīng)的表征手段，總結(jié)了溶膠-凝膠技術(shù)在氧化物陶瓷纖維(耐燒蝕陶瓷纖維、高溫超導(dǎo)纖維、電子陶瓷纖維和磁性纖維)制備方面的應(yīng)用。

2、 本文第二章探討了以氧氯化鋯、醋酸和蔗糖為原料，經(jīng)過電解其混和溶液得到可紡性溶膠，再利用機(jī)械拉絲技術(shù)得到凝膠纖維，凝膠纖維在600℃下緩慢加熱后再在1400℃煅燒30min可得到致密的四方相氧化鋯陶瓷纖維，纖維具有光滑的表面，直徑均一，約5-10 μm，組成纖維的氧化鋯顆粒大小為-150 nm。在這一制備過程中，可紡性溶膠的化學(xué)組成是：CH<,3>COOH/ZrOCl<,2>·8H<,2>O和蔗糖/ZrOCl<,2>·8H<,2>O

3、的摩爾比分別為1.0～4.0和0.2～0.4，其中鋯糖化合物的形成是膠體具有良好穩(wěn)定性的主要因素，經(jīng)過電解，鋯糖化合物分解，醋酸根與鋯離子配位，形成鏈狀聚合物分子而使膠體具有可紡性；另外還考察了可紡性溶膠中膠粒的形狀。 本章還探討了檸檬酸-醋酸-氧氯化鋯溶液體系制備溶膠前驅(qū)體，并利用該溶膠制備凝膠纖維，進(jìn)而熱解得到多晶四方相氧化鋯纖維。該體系同前一體系相比是利用檸檬酸代替了蔗糖，直接老化而不必采用電解方法制備溶膠前驅(qū)體。具體為：

4、在室溫條件下直接老化氧氯化鋯、醋酸和檸檬酸的混和溶液得到具有良好可紡性的氧化鋯溶膠，其中：醋酸/ZrOCl<,2>·8H<,2>O和檸檬酸/ZrOCl<,2>·8H<,2>O的摩爾比分別是1.5～2.0和0.3～0.5。溶膠前驅(qū)體中的主要成分是穩(wěn)定的檸檬酸鋯配合物，羧基與鋯離子的四聚體配合利于溶膠的穩(wěn)定，而鏈狀聚合物分子的形成對(duì)膠體可紡性有決定作用；羧酸根與鋯四聚體直接鍵合形成橋合雙齒配位結(jié)構(gòu)，這種配位結(jié)構(gòu)對(duì)于線型膠體粒子和可紡性溶膠的

5、形成起決定性作用，高溫老化有利于可紡性溶膠的形成。利用這一前驅(qū)體溶膠制備的四方氧化鋯陶瓷纖維的直徑為5～10μm，而且纖維表面光滑。 本文第三章討論了以氧氯化鋯、氯化釔、氯化鋁和蔗糖為原料制備氧化鋯基陶瓷纖維的過程。具體方法是：電解氧氯化鋯、氯化釔、氯化鋁和蔗糖的混和溶液制備可紡性溶膠，利用溶膠作前驅(qū)體、機(jī)械拉絲制備凝膠纖維，凝膠纖維經(jīng)過熱解后制得致密的氧化鋁．氧化釔穩(wěn)定的四方氧化鋯(Al<,2>O<,3>-3Y-TZP)陶瓷纖

6、維，Al<,2>O<,3>的加入使陶瓷纖維更加致密，并在陶瓷纖維燒成過程中抑制了氧化鋯晶粒的生長(zhǎng)。在空氣氣氛下煅燒，組成纖維的氧化鋯晶粒隨溫度升高不斷長(zhǎng)大，由1200℃時(shí)的～90nm增加到1500℃時(shí)的～230nm，但是在1500℃煅燒5min后，晶粒迅速生長(zhǎng)，部分晶粒異常長(zhǎng)大，造成很多孔隙存在。Al<,2>O<,3>-3Y-TZP陶瓷纖維的煅燒條件是：經(jīng)過在800℃，氮?dú)鈿夥疹A(yù)處理，再在空氣中快速升溫至1400℃，并在1400℃保溫3

7、0min，制得的陶瓷纖維的拉伸強(qiáng)度為2.1GPa。本章第二部分討論了利用溶膠一凝膠技術(shù)結(jié)合電噴拉絲法制備氧化鋯陶瓷連續(xù)纖維的過程，氧化鋯陶瓷連續(xù)纖維的直徑為亞微米級(jí)，氧化鋯顆粒的直徑約為～100nm。表征結(jié)果表明：隨著凝膠纖維煅燒溫度的升高，陶瓷纖維的表面積急劇下降，經(jīng)過在氮?dú)鈿夥罩蓄A(yù)煅燒，陶瓷纖維表面缺陷減少，燒成溫度1200℃時(shí)即可得到致密的陶瓷纖維，組成纖維的氧化鋯晶粒粒徑約為100nm。同時(shí)詳細(xì)考察了Al<,2>O<,3>-3Y

8、-TZP凝膠纖維的干燥脫水和煅燒過程，討論了Al<,2>O<,3>-3Y-TZP陶瓷纖維經(jīng)氮?dú)鈿夥疹A(yù)處理和空氣氣氛高溫煅燒后氧化鋯晶粒的生長(zhǎng)行為，比較了Al<,2>O<,3>-3Y-TZP陶瓷纖維與3Y-TZP陶瓷纖維的區(qū)別。通過對(duì)比分析，證明在氮?dú)忸A(yù)處理后高溫煅燒獲得的陶瓷纖維在提高致密度的同時(shí)，可以抑制纖維內(nèi)晶粒的快速生長(zhǎng)，在1400℃煅燒30min后，組成纖維的晶粒粒度為～200nm。 本文第四章介紹了溶膠．凝膠干法紡絲工