[发明专利]一种锆酸钡纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锆酸钡纤维及其制备方法，属于无机非金属材料领域。

背景技术

锆酸钡(BaZrO₃)属于立方钙钛矿结构，理论密度6.23g/cm³。熔点高达2690℃，热膨胀系数小，约为7.9×10^-6K^-1(30-1000℃)，低热容值，烧结活性低，从-269℃到1327℃没有相变，热稳定性好，是一种优异热涂层材料；锆酸钡粉体的制备参见CN 101319383A。另一方面，锆酸钡和钇钡铜氧超导体不发生化学反应，是生长钇钡铜氧超导体的理想坩埚材料；参见CN103979979A一种锆酸钡坩埚的制备方法。此外，锆酸钡热导率低，极端环境条件下机械和结构稳定性好，耐热冲击，抗热震性能好，是一种优异的高温隔热材料；目前，作为高温隔热材料，锆酸钡陶瓷材料制备的已有较多报道，例如CN103864419A公开了一种高致密锆酸钡陶瓷的制备方法。然而与陶瓷纤维相比，陶瓷块体材料密度大，热导率高，抗热震稳定性能差。但迄今为止尚未见有关于锆酸钡纤维技术的报道。

近年来，全球性的环境和能源问题，已经引起了人们的广泛关注。节能环保已经成为社会发展的必然要求。陶瓷纤维重量轻、比热容小、耐机械振动、使用效率高等优点受到广泛的关注，目前陶瓷纤维材料已在冶金、机械、石油、化工、电子、船舶、交通运输及轻工业等工业部门得到广泛应用，并应用于宇航及原子能等尖端科学技术领域。充分发挥纤维材料本身的优势，在适当的环境中使用合适的材料，提高材料和能源的使用效率，降低成本和能源浪费，改善环境是材料领域的一个重要研发任务。为了弥补锆酸钡材料领域的不足，提出本发明。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种耐高温的锆酸钡纤维材料及其制备方法，为锆酸钡高温隔热材料提供一个新型产品。

术语解释：

所述锆酸钡，分子式为BaZrO₃；

所述高温是指高达1500℃高温条件。

本发明的技术方案如下：

一种锆酸钡纤维，直径为1-20μm，所述锆酸钡纤维的晶相为立方相，且在高达1500℃高温条件下保持晶相稳定。将所述锆酸钡纤维于1300℃、1400℃和1500℃分别测试不同温度的XRD图谱，结果如图5所示，表明锆酸钡为立方相，且高温条件下晶相稳定。

本发明重点考察的是高达1500℃高温条件下锆酸钡纤维的晶相稳定性；不言而喻，常温下锆酸钡纤维的晶相也很稳定。

另一方面，本发明人还意外地发现，所述锆酸钡纤维在高达1500℃高温条件下仍然保持纤维形态良好并且纤维之间不发生烧结粘连。如图4所示。能做到这一点十分的关键，只有高温下纤维形态良好且纤维之间不发生粘连才能保证其应用时便利性和良好加工性能。

本发明优选的，所述锆酸钡纤维的直径为2-15μm；进一步优选，所述锆酸钡纤维的直径为4-8μm。

根据本发明，一种锆酸钡纤维的制备方法，包括步骤如下：

(1)按照摩尔比为碱式碳酸锆:钡源:酸源＝1:(1～1.5):(2～6)的比例，分别称取碱式碳酸锆、钡源和酸源，在10～90℃温度和搅拌条件下加入到溶剂中，进行溶液反应，反应1～12h，得锆酸钡前驱体溶液；

(2)将步骤(1)所得锆酸钡前驱体溶液在30～70℃温度下减压浓缩，直至获得无色透明、均匀、粘度为10～50Pa·s的锆酸钡前驱体纤维纺丝液；

(3)将步骤(2)制得的锆酸钡前驱体纤维纺丝液进行离心甩丝，得锆酸钡前驱体纤维；

(4)将步骤(3)获得的锆酸钡前驱体纤维在空气条件下以1～3℃/min的升温速率升温至600～800℃，保温10-50min；然后再以3～5℃/min的升温速率升温至1200～1500℃，保温1-2h得锆酸钡纤维。

根据本发明优选的，步骤(1)所述溶剂用量按体积比为酸源:溶剂＝100:100～1000；步骤(1)所述的溶剂为甲醇、乙醇或其组合。

根据本发明优选的，步骤(1)所述的钡源为碳酸钡、醋酸钡之一或其组合。当钡源为碳酸钡时，原料摩尔配比优选为碱式碳酸锆:碳酸钡:酸源＝1:1:(4～6)；当钡源为醋酸钡时，原料摩尔配比优选为碱式碳酸锆:醋酸钡:酸源＝1:1:(2～4)。

根据本发明优选的，步骤(1)所述的酸源为冰乙酸、三氟乙酸或其组合。当使用冰乙酸和三氟乙酸的混合酸时，冰乙酸和三氟乙酸的质量比为3:5-6.5。

根据本发明优选的，步骤(1)所述的溶液反应温度为20～60℃。