[发明专利]一种锆酸钙纤维及其制备方法

说明书

本发明涉及一种锆酸钙纤维及其制备方法。所述锆酸钙纤维直径为0.5～2μm，属正交晶系，为单一相锆酸钙，不存在第二相。制备方法包括：按比例将碱式碳酸锆、冰乙酸、钙源、溶剂在25～90℃条件下充分搅拌至溶液澄清形成前驱体溶液；在前驱体溶液中加入助纺剂，在25～60℃条件下搅拌溶解，并用溶剂将所得前驱体溶液调节到一定黏度得到前驱体纺丝液；将所得前驱体纺丝液通过静电纺丝获得前驱体纤维，再经高温热处理制得锆酸钙纤维。本发明制备工艺简单，成本低，在制备过程中达到分子级均匀度。所得纤维直径均匀，质量可靠，具有优异的高温稳定性和耐碱性，在高温隔热材料、热障涂层材料、水泥回转窑无铬砖、用于钛合金熔炼的耐腐蚀坩埚领域有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及合成纤维技术领域，具体涉及一种锆酸钙纤维及其制备方法。

背景技术

锆酸钙(CaZrO₃)是CaO-ZrO₂体系中CaO含量最高最稳定的一种化合物，属于钙钛矿型化合物。在1750℃由正交结构转变为立方结构，它熔点高(高于2300℃)，热膨胀系数小、耐热冲击性好，被广泛用作结构陶瓷，耐火材料。锆酸钙具有优异的耐碱性，已被用于生产无铬水泥窑耐火砖，参见CN101759229A锆酸钙以及利用锆酸钙制备的水泥窑用镁钙锆砖。锆酸钙化学稳定性好，非常适合用于铸造钛合金这样高化学活性合金，例如CN103071764A公开了用于钛及钛合金精密铸造的CaZrO₃型壳及其制备方法。此外，锆酸钙是目前国内外公认的一种有效解决连续铸钢浸入式水口氧化铝堵塞问题的高温结构材料，参见CN1420103A。锆酸钙陶瓷，由于微波介电性能(介电常数ε_r＝30，品质因数×频率Q×f＝16800GHz，谐振频率温度系数τ_f＝-26.5ppm/℃)可用于微波条件下的电容器及介质谐振器，参见CN103449810A低温共烧锆酸钙微波介质陶瓷材料。

传统锆酸钙材料的制备方法存在许多不足，例如：高温固相反应法很难将原料混合均匀，因此在后期工艺也很难获得微观结构均一的材料，并且机械研磨的混合物往往需要在较高温度下、较长的反应时间内反应，而且还容易造成晶粒生长不均匀；熔融法存在能源消耗高的缺点；球磨法存在反应产物纯度过低、反应不完全、产率低等缺点。

目前，锆酸钙材料多为诸如粉体、型壳、陶瓷等材料形式，本发明的发明人前期采用离心甩丝的方法制备锆酸钙纤维，但是这种方法制得的纤维直径较粗，而且前驱体溶胶的制备工艺较为复杂。(参见：Ceramics International，2014，40：12525-12531)。

因此，为了充分发挥纤维形貌优势，解决目前锆酸钙纤维制备过程中的缺陷，特提出本发明。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种锆酸钙纤维及其制备方法，该方法工艺简单，节约能源，纤维直径和晶粒均匀，产物纯度高，为锆酸钙耐火材料提供一种新产品。

发明概述

本发明采用静电纺丝技术制备出纤维形貌的锆酸钙材料。与传统锆酸钙材料的制备方法相比，此法工艺简单，节约能源，制备的锆酸钙纯度高，晶粒均匀且在纳米尺度。同时纤维形貌具有直径小、大的长径比和比表面积、蓬松等优势，使得材料本身热导率更低，力学性能更好，耐温性能更好。纤维在高浓度的碱溶液中长时间浸泡，形貌，结构，组成不发生变化，具有优异的耐碱性能。

发明详述

本发明的技术方案如下：

一种锆酸钙纤维，所述锆酸钙纤维为纯相锆酸钙，属正交晶系，直径为0.5～2μm，在1200℃条件下保持晶相稳定。

根据本发明，优选的，所述锆酸钙纤维在2mol/L NaOH溶液中80℃下浸泡24h，纤维形态和组成不发生变化。

根据本发明，优选的，所述锆酸钙纤维在1200℃高温条件下仍然保持良好的纤维形态，纤维之间不发生烧结粘连。