[发明专利]一种抗氧化氧化锆碳复合耐火纤维的制备方法

说明书

本发明公开了一种抗氧化氧化锆碳复合耐火纤维的制备方法，采用氧氯化锆、过氧化氢、三氯化钇、石墨作为原料，反应浓缩制得锆碳胶液，锆碳胶液通过离心甩丝制得锆碳凝胶纤维，在离心甩丝时，利用工业氮气的辅助将抗氧化剂粉末粘附至锆碳凝胶纤维的表面，随后将锆碳凝胶纤维进行热解转化、预烧结和高温烧结得到抗氧化氧化锆碳复合纤维。本发明所制备的抗氧化氧化锆碳复合纤维具有耐久性抗氧化效果，此外，耐火纤维结构缺陷少，具有良好的结构稳定性，其使用温度可达1800℃以上，可作为高温耐火材料、隔热材料及防护材料使用。

技术领域

本发明属于耐火纤维领域，尤其是涉及一种抗氧化氧化锆碳复合耐火纤维的制备方法。

背景技术

1941年美国巴布科克与威尔科克斯公司的中央研究所，发现用压缩空气喷吹高岭土熔体的流股，得到一种形状和石棉相似的纤维。后于1954年公布了这种纤维的生产设备和工艺专利，并正式投入生产。20世纪60年代初，美国发展了耐火纤维制品的生产工艺，并将技术传到日本和欧洲。60年代中期，各国开始采用耐火纤维毯、耐火纤维湿毡代替耐火砖，作工业炉内衬，并陆续研制出高纯硅酸铝纤维、高铝耐火纤维等新品种。70年代又研制成功多晶纤维，并得到迅速发展，1974年英国帝国化学工业公司首先建成一套生产多晶氧化铝纤维的半工业试验装置，1979年建成年产500～700吨的工业生产线。80年代日本又研制出含Al₂O₃ 80%的莫来石质纤维，美国也生产Al₂O₃ 72%的莫来石质纤维。使用范围从热处理炉扩大到加热炉等高温领域。

中国从20世纪70年代初开始试制硅酸铝质耐火纤维，并成功地用于工业炉。80年代在纤维的基础理论，新产品开发和推广应用方面都取得很大进展。已成功地研制出Al₂O₃72%、Al₂O₃ 80%、Al₂O₃ 95%以及氧化锆多晶纤维。

多晶氧化锆纤维是一种高档耐火纤维材料，晶体组成一般为四方和/或立方相氧化锆。由于氧化锆本身的具有2715℃的高熔点、不易被氧化和高温优良特点，可以成为一种可以在氧化、中性和还原性环境中使用，与一般的硅酸铝、莫来石纤维和氧化铝纤维，氧化锆耐火纤维的使用温度最高，可以在1600℃以上的超高温下长期稳定使用，最高温度可达2200℃，导热系统为最小，耐酸碱腐蚀能力强于氧化硅和氧化铝，此外，无挥发、无污染是它的重要特别。由于以上诸多优异特性，多晶氧化锆纤维在工业、国防、科研等许多领域的超高温场合均有很强的应用需求。然而，多晶氧化锆也有物理特性上的不足。氧化锆常温以单斜相出现，升温至1100℃左右转变为四方相，这种相变是可逆的。相变也会带来体积的变化，单斜相向四方相转变的时候会产生较大的体积收缩，从而使多晶氧化锆纤维破裂的发生频率大幅提高。碳素具有热膨胀率低的特点，将碳素作为填料在熔融体系中分散，使与碳结合的基体部分形成柔性结构化、韧性化，使该耐火材料的宏观特性被改善，抑制导致耐火材料断裂点的产生，也提高了拉伸断裂强力。碳素明显改善了多晶氧化锆纤维的体积收缩现象，使多晶氧化锆纤维破裂的发生频率大幅下降，然而，另一个问题随之出现，即碳容易受到氧化侵蚀，从而使耐火纤维的结构遭受破坏。提供一种氧化锆碳复合耐火纤维的抗氧化方法是非常重要的研究方向。

对于提高耐火材料的抗氧化性能主要是通过在制备过程中加入抗氧化剂的方式实现。专利CN102295464B公开了一种碳复合耐火材料及其制备方法，先将石墨烯、氧化物微粉和抗氧化剂共磨，得到预制混合粉，再进行烧结成型，然而采用共混的方法加入抗氧化剂难以使耐火纤维表面免受氧化作用，耐火纤维表面的氧化极易导致应力集中，从而影响纤维的使用寿命。目前，对于氧化锆碳复合耐火纤维的抗氧化处理方法仍十分欠缺。

发明内容

为克服氧化锆碳复合耐火纤维表面易受氧化的问题，本发明提供一种抗氧化氧化锆碳复合耐火纤维的制备方法。

本发明是通过以下技术实现的：