[发明专利]一种稀土锆酸盐无机纤维及其制备方法

说明书

本发明涉及一种稀土锆酸盐无机纤维及其制备方法。制备方法包括将锆源、稀土源、有机配体和纺丝助剂按照一定的比例，在溶剂中溶解，制得稀土锆酸盐前驱体溶胶；将稀土锆酸盐前驱体溶胶通过静电纺丝法获得稀土锆酸盐前驱体纤维；将稀土锆酸盐前驱体纤维通过热处理制得稀土锆酸盐无机纤维。该方法原料来源广泛，溶胶稳定可靠、可纺性好，所得稀土锆酸盐纤维为单相结构，纤维直径为0.4‑1.6μm，且在室温至1400℃高温条件下保持纤维柔性和形态稳定，纤维在室温至1600℃保持晶相稳定，在高温隔热和高温过滤等领域具有应用优势。

技术领域

本发明涉及一种稀土锆酸盐无机纤维及其制备方法，属于无机非金属材料领域。

背景技术

近年来，随着经济社会的快速发展以及我国对节能减排要求的提高，工业领域对隔热材料的高温保温性能以及高温耐久性提出了更高的需求。陶瓷纤维以其质轻、耐高温、热导率低、抗腐蚀、抗热震性能好等优势成为高温绝热材料的关键材料之一。开发低热导率、高温结构稳定和晶相稳定的陶瓷纤维，充分发挥材料热物理性能和纤维结构的优势，应用于高温和超高温热防护工程，是目前无机纤维开发的重要方向。

稀土锆酸盐材料以其高熔点、低热导率、无相变、抗烧结等优势，已经成为优异高温隔热材料的候选材料，在高温热障涂层、高温耐火材料等领域得以广泛研究，因此，从热物理性能的角度可以看出，稀土锆酸盐纤维是一种优异的高级无机纤维材料。例如，发明专利CN103553596A报道了一种稀土锆酸镧纤维的制备方法，主要是以硝酸锆、硝酸镧为金属源，柠檬酸为有机配体制备了高温稳定的烧绿石型锆酸镧纤维。文献《Fabrication ofLa₂Zr₂O₇ ceramic fibers via electrospinning method using different La₂O₃precursors》提出了一种利用醋酸氧锆为锆源，硝酸镧、氯化镧和乙酸镧为镧源制备锆酸镧纤维，纤维表现出优异的高温稳定性和隔热性能。然而这些锆酸盐纤维的制备方法中所采用锆源或镧源并不具有可纺性，还需要进一步优化，此外，前驱体中锆酸盐固含量还有提升的空间，稀土锆酸盐纤维的研究报道相对较少，不能为稀土锆酸盐纤维的综合性能评价提供有效参考。

发明内容

为解决上述稀土锆酸盐纤维存在的前驱体可纺性不足，前驱体中锆酸盐固含量低和其他种类的稀土锆酸盐研究不充分的问题，本发明提供了一种稀土锆酸盐无机纤维及其制备方法，可以进一步的提高前驱体溶胶的可纺性，增加前驱体纤维的固含量，同时为稀土锆酸盐纤维提供了一种普适性的制备方法。

本发明所制备的稀土锆酸盐无机纤维为单相结构，分子式为Re₂Zr₂O₇ (Re = Y,La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu)，纤维直径分布为0.4-1.6μm，且在室温至1400℃高温条件下保持纤维柔性和形态稳定，在室温至1600℃保持晶相稳定。

本发明的技术方案如下：

一种稀土锆酸盐无机纤维的制备方法，包括以下步骤：

(a) 制备稀土锆酸盐前驱体溶胶

将原料锆源、有机配体按照摩尔比锆源 : 有机配体 = 1 : (0.5~1.5)加入到质量比固体:溶剂=1 : (0.8~3)的溶剂中，溶解获得氧化锆前驱体溶胶；在20~90℃加热搅拌的条件下，向氧化锆前驱体溶胶中加入摩尔比Zr : Re = 1: 1的稀土源，溶解制得稀土锆酸盐溶胶；向稀土锆酸盐溶胶中加入质量分数为0.5 ~10%的高分子聚合物，充分溶解制得稀土锆酸盐前驱体溶胶；

(b) 静电纺丝法制备稀土锆酸盐前驱体纤维