氧化鋯基連續(xù)陶瓷纖維關鍵制備技術.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，并詳細介紹了氧化鋯陶瓷連續(xù)纖維的研究進展，包括氧化鋯陶瓷纖維前驅體的研究概況和氧化鋯陶瓷連續(xù)纖維的制備技術進展，其中溶膠.凝膠紡絲技術是制備高質量氧化鋯連續(xù)纖維的首選方法；最后論述了溶膠-凝膠化學的基本原理和轉變過程，重點討論了影響溶膠-凝膠轉變過程的因素及相應的表征手段，總結了溶膠-凝膠技術在氧化物陶瓷纖維(耐燒蝕陶瓷纖維、高溫超導纖維、電子陶瓷纖維和磁性纖維)制備方面的應用。

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，再利用機械拉絲技術得到凝膠纖維，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體，并利用該溶膠制備凝膠纖維，進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構，這種配位結構對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，利用溶膠作前驅體、機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。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大，由1200℃時的～90nm增加到1500℃時的～230nm，但是在1500℃煅燒5min后，晶粒迅速生長，部分晶粒異常長大，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℃，氮氣氣氛預處理，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度為2.1GPa。本章第二部分討論了利用溶膠一凝膠技術結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，氧化鋯顆粒的直徑約為～100nm。表征結果表明：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)過在氮氣氣氛中預煅燒，陶瓷纖維表面缺陷減少，燒成溫度1200℃時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。同時詳細考察了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)氮氣氣氛預處理和空氣氣氛高溫煅燒后氧化鋯晶粒的生長行為，比較了Al<,2>O<,3>-3Y-TZP陶瓷纖維與3Y-TZP陶瓷纖維的區(qū)別。通過對比分析，證明在氮氣預處理后高溫煅燒獲得的陶瓷纖維在提高致密度的同時，可以抑制纖維內晶粒的快速生長，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