前沿讲座 ZrO2陶瓷纤维材料
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ZrO2陶瓷纤维材料
济南大学材料学院
侯宪钦
2013-8-6
1
材料的低维化
Griffith’s theory 格瑞非斯微 裂纹理论
c
2 E c
根据Griffith 的观点：如果能够控制裂纹的尺寸在 原子间距的数量级上，就可以使材料的临界断裂强 度达到理论强度。但实际上，人类目前是很难达到 的；不过，这一结果至少可以告诉人们：制备高强 度材料的基本方向---材料的模量E和断裂表面能要 大，裂纹尺寸c要小。材料的低维化是实现材料强
按纤维长度分类：
ZrO2纤维可分为
连续纤维 短纤维（定长纤维）两种类型。 连续长度大于一米的纤维称为连续纤维 长度为厘米或毫米级别的纤维则称为短纤维
2013-8-6
14
氧化锆连续纤维
主要作为复合增强材料应 用于航空、航天、国防等 尖端领域中。要求其具有 很高的抗拉伸强度和极好 的柔韧性。最好能连续千 米不断，几千根一束，能 有序缠绕并可解绕，因此 制备相当困难，掌握其制 备技术的也仅有我们及美、 日等几家科研机构，至今 未见有工业化生产的报道。
2013-8-6 33
ZrO2纤维棉生产所需要的条件
按年产10 吨氧化锆纤维棉计算，需： 设备：常温常压反应釜 2个、蒸发器 2台、 离心甩丝机 1台、烧结炉 1台
原料：工业级的化工原料
人员：10人
厂房：500m2
设备投资：<15Leabharlann Baidu万
2013-8-6 34
ZrO2纤维棉生产成本估算
制备1公斤氧化锆纤维棉需用 3公斤氧氯化锆，1.2公斤乙酰丙酮， 20公斤甲醇，13公斤四氢呋喃，2公斤三乙胺，180克硝酸钇， 以及30度电。 价格：氧氯化锆 10元/公斤，乙酰丙酮 26元/公斤，甲醇 2元/ 公斤，四氢呋喃 12元/公斤，三乙胺 11元/公斤，硝酸钇 100 元/公斤，工业电 0.5元/度。 因甲醇、四氢呋喃和三乙胺回收后重复利用，耗损率按30% 计 （含回收费用）。人工费按10人年产10吨、月工资1000元计， 可得生产1公斤纤维需人工费12元。
6
2013-8-6
二、ZrO2陶瓷纤维材料的 主要用途
2、新型的先进民用材料 工业窑炉用超高温隔热材料 与金属或合金复合，宽温度范围使用的超强 材料 与玻璃复合，制成高强绝热玻璃 高温过滤材料 高温化学反应催化剂载体
2013-8-6
7
三、ZrO2纤维的主要性能特征
1、ZrO2简介
2013-8-6 21
四、ZrO2纤维的市场预测
ZrO2纤维在民用先进材料领域的应用主要是： 1、各种高温特种工业炉的耐火隔热内衬材料 目前我国的多晶纤维材料（使用温度超过 14000C）的消耗量是十万吨；而ZrO2纤维产 业化后可以部分替代原有的多晶纤维材料， 同时解决了目前我国还无法满足的特种需 求— 长期使用温度超过1600度的纤维材料。 总需求量将超过1000吨，这一市场的容量将 超过20亿元。 2、其他 没有市场容量的数据
2013-8-6 19
ZrO2纤维的性能特点
（3）氧化锆纤维的化学稳定性也非常好，高 温下耐酸碱腐蚀的能力大大强于多晶氧化 铝纤维、硅酸铝纤维和石英纤维等。 （4）氧化锆纤维的力学和抗热震性能也非常 优异，单丝抗拉伸强度高，且具有相变自 增韧功能。
2013-8-6
20
四、ZrO2纤维的市场预测
ZrO2纤维的应用主要有两个方面: 一是宇航工业，二是民用先进材料领域。 目前宇航工业急需使用该产品，但我国没有此 类产品，世界上能生产ZrO2纤维制品的两家公司都 限制对中国出口。我国通过特殊渠道购买到的ZrO2 纤维（几个厘米长度,低强度）价格是340美元/公 斤， ZrO2纤维布（厚度约0.1毫米）400美元/平方 米；主要用于实验研究。据估计，这种产品产业化 后，我国宇航业的需求量可能超过10吨，甚至达到 100吨。这一领域的市场容量应该在340 — 3400万 美元之间。
2013-8-6 18
不氧化
与许多金属合金、陶瓷、玻璃、
ZrO2纤维的性能特点
ZrO2纤维秉承了ZrO2本身的优良性能，因此，
（1）氧化锆纤维具有比氧化铝等纤维更高 的使用温度，作为隔热材料可在超过1600C 的高 温环境 下长期 使用 ， 最高使 用温度 达 2200℃。
（2）因氧化锆的导热系数在所有金属氧化 物中为最小，高温蒸气压在所有金属氧化物 中为最低，氧化锆纤维与其它纤维相比具有 更好的绝热或隔热性能，并且在高温使用时 不易挥发、无污染的良好性能。
2013-8-6
12
2、ZrO2纤维
ZrO2 纤维是具有多晶陶瓷结构的纤维状材料，直径
1-30µ ，晶粒大小 50-150nm，晶相 四方或立方。 m
为了获得高强度的氧化锆纤维，其晶相一般选择为具有 极好力学性能的Y-TZP，通常掺入 2-3mol% 的Y2O3作稳 定剂。
2013-8-6 13
ZrO2纤维的分类
因此,制备1公斤氧化锆纤维棉的成本是： 3×10 + 1.2×26 + 0.3×（ 20×2 + 13×12 + 2×11 ） + 0.18×100 + 30×0.5 + 12 = 171.6 元
2013-8-6 35
ZrO2纤维棉生产的技术特点
采用低成本的原料和简便的步骤，常温常压下一步合 成有机聚锆前驱体，毋需苛刻的反应条件和复杂 的反应设备。
反应所需溶剂甲醇和四氢呋喃及反应物三乙胺可以采 取适当的措施回收提纯后重复利用，因而纤维制 备成本较低。
所制备的聚乙酰丙酮合锆纺丝液纺丝性好，含锆量高， 均匀透明，性能稳定，不沉淀，不凝结，干后重 新溶于甲醇仍可继续使用。
2013-8-6
11
四方相氧化锆
将稳定剂的含量适当减少，使t-ZrO2全部 亚稳到室温，得到四方相多晶氧化锆 (tetragonal zirconia polycrystals，TZP)。 TZP力学性能优良，强度高、韧性和耐磨性好， 并具有低的导热系数和良好的抗热震性，有 “陶瓷钢”之美称。下图是氧化锆陶瓷的各 种制品：
2013-8-6 23
由于ZrO2熔点太高，其纤维无法采用直接熔融法制 备。迄今为止， ZrO2短纤维的工业化生产多采用浸渍 法来制备。 将有机织物如粘胶纤维采用盐酸等预处理使之膨 化后，浸入锆盐溶液中，待其孔隙内充满锆盐溶液后 取出，经清洗、干燥、热解、煅烧，得到多晶质的 ZrO2纤维织物。 这种方法虽然工艺简单、成本低廉，但是由于浸 渍后的织物中锆含量低而有机成分含量高，在烧结过 程中体积收缩大，有机物分解导致晶粒间空隙较多， 因而得到的纤维结构疏松、强度较低、性能较差。
2013-8-6 17
ZrO2纤维棉的主要性能指标
最高使用温度 2200 ℃ 高强度 0.5-1.5 GPa
低密度 0.08-0.16g/cm3 低导热系数0.05 - 0.2 W/m· K
高温抗氧化性能 耐化学腐蚀性能 对卤化物、氢氧化物及无机酸有很强的抗腐蚀能力 40%KOH溶液煮沸1小时失重<0.05% 热膨胀系数 12×10-6/K 混凝土相近
ZrO2陶瓷纤维报告内容
一、 ZrO2陶瓷纤维项目来源 二、 ZrO2纤维的主要用途
三、 ZrO2纤维的性能特征
四、 ZrO2纤维的市场预测 五、ZrO2纤维的制备技术 六、ZrO2纤维棉的生产可行性分析与成本估算
2013-8-6
4
一、 ZrO2陶瓷纤维项目来源
ZrO2陶瓷纤维项目来源于两项国家资助的课 题研究成果： 1、军工配套项目 高性能连续ZrO2陶瓷纤维的研制 2、“863”计划先进材料领域课题 高性能连续ZrO2陶瓷纤维及其增强的磷酸 盐基宽带透波复合材料的研制
2013-8-6 15
氧化锆短纤维
主要用作超 高温隔热或密封 材料，对长度、 强度和有序性要 求不是很苛刻， 因此制备工艺相 对简单。主要产 品形式有纤维毡 或毯等
2013-8-6 16
ZrO2纤维的性能参数
高熔点： 2715 C 低导热系数： 1.6-2.1 w/m· （金属 k 氧化物中为最小） 低高温蒸气压： 1370 0 C蒸汽压仅为 8×10-12 Torr 低比热： 0.4 J/g· K
22
2013-8-6
五、ZrO2纤维的制备技术
ZrO2纤维的研制已有几十年的历史，但因其制备相 当困难，国内外一直未能获得高强度的ZrO2连续/短 纤维。 长度超过1m、强度大于2.86 GPa的ZrO2连续纤维 国内外未见报道。 几家公司生产ZrO2短纤维制品，如布、毡、板等： 美国联合碳化公司 Zircar 日本东芝株式会社 美国加州Rockwell国际科学中心 由于其高科技及在军事上的重要性，产品既不对 外出售，也不对外提供任何有关数据及制造工艺方面 的详细信息。
2013-8-6 25
有机聚锆法制备氧化锆纤维
2013-8-6
26
目前达到的纤维性能指标 连续纤维
单丝拉伸强度 0.4-2.8 GPa 单丝直径 10-20μm 纤维长度 可大于1000m
短纤维棉
0.2-1.1 GPa 4-15μm 1-10cm
2013-8-6
27
已申请的专利
连续氧化锆纤维的制备技术已申请国家发明
2013-8-6 24
山东工业陶瓷设计研究院虽然早在1984 年就开始了浸渍法制备ZrO2纤维布的研究工 作，但始终未能获得具有足够强度的可用制 品。 直至目前，国内还没有任何一家企业能 够生产可以实际应用的ZrO2纤维。 我们经过近五年研究，发明了一种有机 聚锆前驱体纺丝法，制备出高性能的ZrO2连 续纤维和短纤维棉，超过了国际上文献报道 的最高水平。
10
晶型 单斜 四方 立方
2013-8-6
立方相氧化锆
加入足量稳定剂可在室温下获得c-ZrO2单相材料，即 全稳定氧化锆（fully stabilized zirconia，FSZ）。 c-ZrO2单晶是一种高硬度的装饰宝石，c-ZrO2陶瓷 是一种P-型半导体，具有优良的离子传导性，被广泛 用作氧探测器、高温发热元件和其他功能材料。
2013-8-6
5
二、ZrO2陶瓷纤维材料的 主要用途
1、宇航工业 航天飞机（器）用绝热与结构增强材料 超高温表面绝热材料 特殊防热结构绝热材料 再入飞行器超高温复合材料 前锥体及翼前缘超高 温绝热、烧蚀与结构材料 防热砖用增强材料
导弹、火箭发动机喷管喉部、内衬用高温稳定材料
通讯卫星高能电池用隔膜、支撑体及隔热材料 空间熔炼炉、原子用超高温隔热材料
ZrO2 是一种大家所熟知的过渡金属 氧化物， 它本身是一种具有优良的热 学、电学、光学和机械性能的结构/功 能材料，已在许多领域得到了广泛的应 用。
2013-8-6 8
ZrO2的三种晶型
纯 ZrO2 在 不 同 温 度 区 间 具 有 单 斜
（Monoclinic）、四方（Tetragonal）、立方 (Cubic)三种不同晶型，晶型转化式为：
专利，申请号： 03112408.9 已经授权。 氧化锆纤维棉的制备技术也已申请一项发明 专利，申请号：200410024264.7 。 可以预期氧化锆连续纤维/短纤维棉的制备技
术还可以申请并获得3-5项国际/国家发明/实
用新型专利。
2013-8-6 28
前驱体纤维棉照片
2013-8-6
29
单斜
1170oC
四方
2370oC
立方
2715oC
液相
2013-8-6
9
三种晶型的单位晶胞结构：
三种晶型的晶胞参数：
温度/oC 30 1393 2400 a/ Å 5.14 5.12 5.09 b/ Å 5.21 c/ Å 5.31 5.25 β 99o18′ 空间群 P21/c P42/nmc Fm3m
氧化锆纤维棉照片
2013-8-6
30
• 连续前驱体纤维照片
2013-8-6
31
• ZrO2 连续纤维照片
2013-8-6
32
六、ZrO2纤维棉的生产 可行性分析与成本估算
ZrO2纤维棉的制备工艺已相当成 熟，各步骤中最佳的工艺条件已摸清， 可批量生产。 ZrO2 连续纤维制备的可行性问题 和关键性技术已解决，但还需进一步 完善某些技术环节。
化的一个发展方向。
2013-8-6 2
低维材料的强度
理论近似值 E/10
熔融石英纤维
=2.41GPa
E/40
碳化硅晶须
氧化铝晶须
=6.47GPa
=15.2GPa
E/23
E/33
尺寸较大的材料实际强度比理论强度低
得更多，约为E/100 – E1000
2013-8-6 3
济南大学材料学院
侯宪钦
2013-8-6
1
材料的低维化
Griffith’s theory 格瑞非斯微 裂纹理论
c
2 E c
根据Griffith 的观点：如果能够控制裂纹的尺寸在 原子间距的数量级上，就可以使材料的临界断裂强 度达到理论强度。但实际上，人类目前是很难达到 的；不过，这一结果至少可以告诉人们：制备高强 度材料的基本方向---材料的模量E和断裂表面能要 大，裂纹尺寸c要小。材料的低维化是实现材料强
按纤维长度分类：
ZrO2纤维可分为
连续纤维 短纤维（定长纤维）两种类型。 连续长度大于一米的纤维称为连续纤维 长度为厘米或毫米级别的纤维则称为短纤维
2013-8-6
14
氧化锆连续纤维
主要作为复合增强材料应 用于航空、航天、国防等 尖端领域中。要求其具有 很高的抗拉伸强度和极好 的柔韧性。最好能连续千 米不断，几千根一束，能 有序缠绕并可解绕，因此 制备相当困难，掌握其制 备技术的也仅有我们及美、 日等几家科研机构，至今 未见有工业化生产的报道。
2013-8-6 33
ZrO2纤维棉生产所需要的条件
按年产10 吨氧化锆纤维棉计算，需： 设备：常温常压反应釜 2个、蒸发器 2台、 离心甩丝机 1台、烧结炉 1台
原料：工业级的化工原料
人员：10人
厂房：500m2
设备投资：<15Leabharlann Baidu万
2013-8-6 34
ZrO2纤维棉生产成本估算
制备1公斤氧化锆纤维棉需用 3公斤氧氯化锆，1.2公斤乙酰丙酮， 20公斤甲醇，13公斤四氢呋喃，2公斤三乙胺，180克硝酸钇， 以及30度电。 价格：氧氯化锆 10元/公斤，乙酰丙酮 26元/公斤，甲醇 2元/ 公斤，四氢呋喃 12元/公斤，三乙胺 11元/公斤，硝酸钇 100 元/公斤，工业电 0.5元/度。 因甲醇、四氢呋喃和三乙胺回收后重复利用，耗损率按30% 计 （含回收费用）。人工费按10人年产10吨、月工资1000元计， 可得生产1公斤纤维需人工费12元。
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2013-8-6
二、ZrO2陶瓷纤维材料的 主要用途
2、新型的先进民用材料 工业窑炉用超高温隔热材料 与金属或合金复合，宽温度范围使用的超强 材料 与玻璃复合，制成高强绝热玻璃 高温过滤材料 高温化学反应催化剂载体
2013-8-6
7
三、ZrO2纤维的主要性能特征
1、ZrO2简介
2013-8-6 21
四、ZrO2纤维的市场预测
ZrO2纤维在民用先进材料领域的应用主要是： 1、各种高温特种工业炉的耐火隔热内衬材料 目前我国的多晶纤维材料（使用温度超过 14000C）的消耗量是十万吨；而ZrO2纤维产 业化后可以部分替代原有的多晶纤维材料， 同时解决了目前我国还无法满足的特种需 求— 长期使用温度超过1600度的纤维材料。 总需求量将超过1000吨，这一市场的容量将 超过20亿元。 2、其他 没有市场容量的数据
2013-8-6 19
ZrO2纤维的性能特点
（3）氧化锆纤维的化学稳定性也非常好，高 温下耐酸碱腐蚀的能力大大强于多晶氧化 铝纤维、硅酸铝纤维和石英纤维等。 （4）氧化锆纤维的力学和抗热震性能也非常 优异，单丝抗拉伸强度高，且具有相变自 增韧功能。
2013-8-6
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四、ZrO2纤维的市场预测
ZrO2纤维的应用主要有两个方面: 一是宇航工业，二是民用先进材料领域。 目前宇航工业急需使用该产品，但我国没有此 类产品，世界上能生产ZrO2纤维制品的两家公司都 限制对中国出口。我国通过特殊渠道购买到的ZrO2 纤维（几个厘米长度,低强度）价格是340美元/公 斤， ZrO2纤维布（厚度约0.1毫米）400美元/平方 米；主要用于实验研究。据估计，这种产品产业化 后，我国宇航业的需求量可能超过10吨，甚至达到 100吨。这一领域的市场容量应该在340 — 3400万 美元之间。
2013-8-6 18
不氧化
与许多金属合金、陶瓷、玻璃、
ZrO2纤维的性能特点
ZrO2纤维秉承了ZrO2本身的优良性能，因此，
（1）氧化锆纤维具有比氧化铝等纤维更高 的使用温度，作为隔热材料可在超过1600C 的高 温环境 下长期 使用 ， 最高使 用温度 达 2200℃。
（2）因氧化锆的导热系数在所有金属氧化 物中为最小，高温蒸气压在所有金属氧化物 中为最低，氧化锆纤维与其它纤维相比具有 更好的绝热或隔热性能，并且在高温使用时 不易挥发、无污染的良好性能。
2013-8-6
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2、ZrO2纤维
ZrO2 纤维是具有多晶陶瓷结构的纤维状材料，直径
1-30µ ，晶粒大小 50-150nm，晶相 四方或立方。 m
为了获得高强度的氧化锆纤维，其晶相一般选择为具有 极好力学性能的Y-TZP，通常掺入 2-3mol% 的Y2O3作稳 定剂。
2013-8-6 13
ZrO2纤维的分类
因此,制备1公斤氧化锆纤维棉的成本是： 3×10 + 1.2×26 + 0.3×（ 20×2 + 13×12 + 2×11 ） + 0.18×100 + 30×0.5 + 12 = 171.6 元
2013-8-6 35
ZrO2纤维棉生产的技术特点
采用低成本的原料和简便的步骤，常温常压下一步合 成有机聚锆前驱体，毋需苛刻的反应条件和复杂 的反应设备。
反应所需溶剂甲醇和四氢呋喃及反应物三乙胺可以采 取适当的措施回收提纯后重复利用，因而纤维制 备成本较低。
所制备的聚乙酰丙酮合锆纺丝液纺丝性好，含锆量高， 均匀透明，性能稳定，不沉淀，不凝结，干后重 新溶于甲醇仍可继续使用。
2013-8-6
11
四方相氧化锆
将稳定剂的含量适当减少，使t-ZrO2全部 亚稳到室温，得到四方相多晶氧化锆 (tetragonal zirconia polycrystals，TZP)。 TZP力学性能优良，强度高、韧性和耐磨性好， 并具有低的导热系数和良好的抗热震性，有 “陶瓷钢”之美称。下图是氧化锆陶瓷的各 种制品：
2013-8-6 23
由于ZrO2熔点太高，其纤维无法采用直接熔融法制 备。迄今为止， ZrO2短纤维的工业化生产多采用浸渍 法来制备。 将有机织物如粘胶纤维采用盐酸等预处理使之膨 化后，浸入锆盐溶液中，待其孔隙内充满锆盐溶液后 取出，经清洗、干燥、热解、煅烧，得到多晶质的 ZrO2纤维织物。 这种方法虽然工艺简单、成本低廉，但是由于浸 渍后的织物中锆含量低而有机成分含量高，在烧结过 程中体积收缩大，有机物分解导致晶粒间空隙较多， 因而得到的纤维结构疏松、强度较低、性能较差。
2013-8-6 17
ZrO2纤维棉的主要性能指标
最高使用温度 2200 ℃ 高强度 0.5-1.5 GPa
低密度 0.08-0.16g/cm3 低导热系数0.05 - 0.2 W/m· K
高温抗氧化性能 耐化学腐蚀性能 对卤化物、氢氧化物及无机酸有很强的抗腐蚀能力 40%KOH溶液煮沸1小时失重<0.05% 热膨胀系数 12×10-6/K 混凝土相近
ZrO2陶瓷纤维报告内容
一、 ZrO2陶瓷纤维项目来源 二、 ZrO2纤维的主要用途
三、 ZrO2纤维的性能特征
四、 ZrO2纤维的市场预测 五、ZrO2纤维的制备技术 六、ZrO2纤维棉的生产可行性分析与成本估算
2013-8-6
4
一、 ZrO2陶瓷纤维项目来源
ZrO2陶瓷纤维项目来源于两项国家资助的课 题研究成果： 1、军工配套项目 高性能连续ZrO2陶瓷纤维的研制 2、“863”计划先进材料领域课题 高性能连续ZrO2陶瓷纤维及其增强的磷酸 盐基宽带透波复合材料的研制
2013-8-6 15
氧化锆短纤维
主要用作超 高温隔热或密封 材料，对长度、 强度和有序性要 求不是很苛刻， 因此制备工艺相 对简单。主要产 品形式有纤维毡 或毯等
2013-8-6 16
ZrO2纤维的性能参数
高熔点： 2715 C 低导热系数： 1.6-2.1 w/m· （金属 k 氧化物中为最小） 低高温蒸气压： 1370 0 C蒸汽压仅为 8×10-12 Torr 低比热： 0.4 J/g· K
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2013-8-6
五、ZrO2纤维的制备技术
ZrO2纤维的研制已有几十年的历史，但因其制备相 当困难，国内外一直未能获得高强度的ZrO2连续/短 纤维。 长度超过1m、强度大于2.86 GPa的ZrO2连续纤维 国内外未见报道。 几家公司生产ZrO2短纤维制品，如布、毡、板等： 美国联合碳化公司 Zircar 日本东芝株式会社 美国加州Rockwell国际科学中心 由于其高科技及在军事上的重要性，产品既不对 外出售，也不对外提供任何有关数据及制造工艺方面 的详细信息。
2013-8-6 25
有机聚锆法制备氧化锆纤维
2013-8-6
26
目前达到的纤维性能指标 连续纤维
单丝拉伸强度 0.4-2.8 GPa 单丝直径 10-20μm 纤维长度 可大于1000m
短纤维棉
0.2-1.1 GPa 4-15μm 1-10cm
2013-8-6
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已申请的专利
连续氧化锆纤维的制备技术已申请国家发明
2013-8-6 24
山东工业陶瓷设计研究院虽然早在1984 年就开始了浸渍法制备ZrO2纤维布的研究工 作，但始终未能获得具有足够强度的可用制 品。 直至目前，国内还没有任何一家企业能 够生产可以实际应用的ZrO2纤维。 我们经过近五年研究，发明了一种有机 聚锆前驱体纺丝法，制备出高性能的ZrO2连 续纤维和短纤维棉，超过了国际上文献报道 的最高水平。
10
晶型 单斜 四方 立方
2013-8-6
立方相氧化锆
加入足量稳定剂可在室温下获得c-ZrO2单相材料，即 全稳定氧化锆（fully stabilized zirconia，FSZ）。 c-ZrO2单晶是一种高硬度的装饰宝石，c-ZrO2陶瓷 是一种P-型半导体，具有优良的离子传导性，被广泛 用作氧探测器、高温发热元件和其他功能材料。
2013-8-6
5
二、ZrO2陶瓷纤维材料的 主要用途
1、宇航工业 航天飞机（器）用绝热与结构增强材料 超高温表面绝热材料 特殊防热结构绝热材料 再入飞行器超高温复合材料 前锥体及翼前缘超高 温绝热、烧蚀与结构材料 防热砖用增强材料
导弹、火箭发动机喷管喉部、内衬用高温稳定材料
通讯卫星高能电池用隔膜、支撑体及隔热材料 空间熔炼炉、原子用超高温隔热材料
ZrO2 是一种大家所熟知的过渡金属 氧化物， 它本身是一种具有优良的热 学、电学、光学和机械性能的结构/功 能材料，已在许多领域得到了广泛的应 用。
2013-8-6 8
ZrO2的三种晶型
纯 ZrO2 在 不 同 温 度 区 间 具 有 单 斜
（Monoclinic）、四方（Tetragonal）、立方 (Cubic)三种不同晶型，晶型转化式为：
专利，申请号： 03112408.9 已经授权。 氧化锆纤维棉的制备技术也已申请一项发明 专利，申请号：200410024264.7 。 可以预期氧化锆连续纤维/短纤维棉的制备技
术还可以申请并获得3-5项国际/国家发明/实
用新型专利。
2013-8-6 28
前驱体纤维棉照片
2013-8-6
29
单斜
1170oC
四方
2370oC
立方
2715oC
液相
2013-8-6
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三种晶型的单位晶胞结构：
三种晶型的晶胞参数：
温度/oC 30 1393 2400 a/ Å 5.14 5.12 5.09 b/ Å 5.21 c/ Å 5.31 5.25 β 99o18′ 空间群 P21/c P42/nmc Fm3m
氧化锆纤维棉照片
2013-8-6
30
• 连续前驱体纤维照片
2013-8-6
31
• ZrO2 连续纤维照片
2013-8-6
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六、ZrO2纤维棉的生产 可行性分析与成本估算
ZrO2纤维棉的制备工艺已相当成 熟，各步骤中最佳的工艺条件已摸清， 可批量生产。 ZrO2 连续纤维制备的可行性问题 和关键性技术已解决，但还需进一步 完善某些技术环节。
化的一个发展方向。
2013-8-6 2
低维材料的强度
理论近似值 E/10
熔融石英纤维
=2.41GPa
E/40
碳化硅晶须
氧化铝晶须
=6.47GPa
=15.2GPa
E/23
E/33
尺寸较大的材料实际强度比理论强度低
得更多，约为E/100 – E1000
2013-8-6 3