绝热耐火材料发展方向 无污染陶瓷纤维

耐火材料---陶瓷纤维
摘要：陶瓷纤维是一种纤维状轻质耐火材料，具有重量轻、耐高温、热稳定性好、导热率低、比热小及耐机械震动等优点，因而在机械、冶金、化工、石油、交通运输、船舶、电子及轻工业部门都得到了广泛的应用，在航空航天及原子能等尖端科学技术部门的应用亦日益增多．发展前景十分看好。

陶瓷纤维在我国起步较晚，但一直保持着持续发展的势头，生产能力不断增加，并实现了产品系列化。

本文将从性质、分类、应用、原理、发展现状等几个方面全面阐述耐火陶瓷纤维的特点。

陶瓷纤维是一种纤维状轻质耐火材料，主要化学成分为硅酸铝，按其矿物组分可分为玻璃态纤维和多晶态纤维两大类。

玻璃态纤维是物质由熔融的流液态在冷却中形成的一种无定型的固态纤维；多晶纤维多采用胶体喷吹法（或甩丝法）成纤，高温煅烧生成。

陶瓷纤维广泛应用于各类热工窑炉的绝热耐高温材料，由于其容重大大低于其他耐火材料，因而蓄热很小，隔热效果明显，作为炉衬材料可大大降低热工窑炉的能源损耗，在节能方面为热工窑炉带来了一场革命。

另一方面它的应用技术和方法对热工窑炉的砌筑同样带来了一场变革。

组成成分和性质：
成分
结构性质
陶瓷纤维的直径一般为2μm～5μm，长度多为30 mm～250mm，纤维表面呈光滑
的圆柱形，横截面通常是圆形。

其结构特点是气孔率高(一般大于90％)，而且气
孔孔径和比表面积大。

由于气孔中的空气具有良好的隔热作用，因而纤维中气孔
孔径的大小及气孔的性质(开气孔或闭气孔)对其导热性能具有决定性的影响。

实
际上，陶瓷纤维的内部组织结构是一种由固态纤维与空气组成的混合结构，其显
微结构特点在固相和气相都是以连续相的形式存在。

因此，在这种结构中，固态物质以纤维状形式存在，并构成连续相骨架，而气相则连续存在于纤维材料的骨架间隙之中。

正是由于陶瓷纤维具有这种结构，使其气孔率较高、气孔孔径和比表面积较大，从而使陶瓷二、高温陶瓷纤维的特点
1、耐高温：使用温度可达950-1450℃。

2、导热能力低：常温下为0.03w/m.k，在1000℃时仅为粘土砖的1/5。

3、体积密度小：耐火陶瓷纤维制品一般在64-500kg/m3之间。

4、化学稳定性好：除强碱、氟、磷酸盐外，几乎不受化学药品的侵蚀。

5、耐热震性能好：具有优良的耐热震性。

6、热容量低：仅为耐火砖的1/72，轻质转的1/42。

7、可加工性能好：纤维柔软易切割,连续性强，便于缠绕。

8、良好的吸音性能：耐火陶瓷纤维有高的吸音性能，可作为高温消音材料。

9、良好的绝缘性能：耐火陶瓷纤维是绝缘性材料，常温下体积电阻率为1×1013Ω.cm，
800℃下体积电阻率为6×108Ω.cm。

10、光学性能：耐火陶瓷纤维对波长1.8-6.0um的光波有很高的反射性。

陶瓷纤维种类
陶瓷纤维的品种主要有：普通硅酸铝纤维、高铝硅酸铝纤维、硅酸铝纤维（Cr2O3、
ZrO2）、多晶氧化铝纤维和多晶莫来石纤维等。

近年来，国外已经成功开发（或正在开发）一些新的陶瓷纤维品种，如镁橄榄石纤维、陶瓷纤维（ＳiO2-CaO-MgO 系和Al2O3-CaO系）等。

陶瓷纤维棉、毡、毯、模块、纸、布、带、绳等。

陶瓷纤维毯（纤维模块）：多采用自熔式、连熔连甩生产工艺制成甩丝长纤维，经双面针刺使纤维交织而成，可直接作为火焰热面，集耐火、隔热、保温于一体，在中性、氧化性及偏还原性气分中长期使用，仍能保持良好的强度、韧性。

采用这种纤维毯制成的纤维模块不含结合剂，热稳定性好，广泛应用于石化、冶金、电力等保温耐热领域。

陶瓷纤维板：由陶瓷纤维及结合剂、添加剂，经过制浆、成型、固化、干燥等工序制成。

陶瓷纤维板柔韧性好、易切割、强度高，是一种低导热率、低蓄热量的新型节能环保产品，广泛应用于各种加热设备的墙、顶等部位背衬，属重质耐火材料。

陶瓷纤维布、带：主要应用于防火门、工业窑炉隔热、高温管道及容器的隔热。

陶瓷纤维绳：主要应用于各种工业窑炉的膨胀缝、高温管道的缠绕保温、钢结构连接处的隔热等。

陶瓷纤维纸：由陶瓷纤维及结合剂、添加剂，经过制浆、成型、固化干燥等工序制成的，是密封、隔热的理想材料。

可用于各种热工窑炉膨胀缝、高温衬垫等部位保温隔热。

此外，陶瓷纤维还可以用于过滤和催化剂载体材料、填密材料和摩擦材料、绝热
涂料、增强材料等
制造程序：
在制造方法方面，熔融法与化学法(胶体法)同时并存且同步发展，以适应不同品种用途的需要。

熔融法常用于生产非晶质(玻璃态)纤维，其技术含量低，生产成本低，产品的应用量大面广，主要用于工业窑炉、加热装置耐火、隔热应用领域中的基础材料。

化学法用于生产多晶晶质纤维，该法技术含量高，生产成本也高，附加值高，但产品仍较少，主要用于1300℃以上高温工业窑炉的耐火隔热及航天、航空、核能等尖端技术领域。

陶瓷纤维的制造方法
4．1化学气相反应法
化学气相反应法是以B2O3为原料，经熔纺制成B2O3纤维，再置于较低的温度和氨气中加热，使B2O3与氨气反应生成硼氨中间化合物，再将这种晶型不稳定的纤维在张力下进一步在氨气或氨与氮的混合气体中加热至1800℃，使之转化成BN纤维
4．2化学气相沉积法
化学气相沉积法系由钨芯硼纤维氮化而成。

制造时，先将硼纤维加热至560℃进行氧化，再将氧化纤维置于氨中加热至1000℃～1400℃、
4．3聚合物前躯体法
聚合物前躯体法是由聚硼氮烷熔融纺丝制成纤维后进行交联，生产不熔化的纤维．再经裂解制成纤维。

Si3N4纤维有两种制法：一是以氯硅烷和六甲基二硅氮烷为起始原料，先合成稳定的氢化聚硅氮烷，经熔融纺丝制成纤维，再经不熔化和烧制而得到Si3N4纤维；二是以吡啶和二氧化硅烷为原料，在惰性气体保护下反应生成白色的固体加成物，再于氮气中进行氨解得到全氢聚硅氮烷，再置于氮气中进行氨解得到全氢聚硅氮烷．再置于烃类有机溶剂中深解配置成纺丝溶液，经干法纺丝制成纤维，然后在惰性气体或氨气中于1100℃～1200℃温度下进行热处理而得氮化硅纤维。

SiBN3C纤维也是采用聚合物前躯体法生产的，是一种最新的陶瓷纤维，起始原料为聚硅氮烷，经熔融纺丝、交联、不熔化和裂解后制得纤维。

SiO2纤维是通过与制备高硅氧玻璃纤维相同的工艺制得的，先制成玻璃料块，再进行二次熔化，得到纤维或进一步加工，再进行烧结使纤维中SiO2的质量分数达到95％～100％。

另外，还有以SiO2为原料，制得纯度较高的石英纤维。

1、各种隔热工业窑炉的炉门密封、炉口幕帘。

2、高温烟道、风管的衬套、膨胀的接头。

3、石油化工设备、容器、管道的高温隔热、
保温。

4、高温环境下的防护衣、手套、头套、头盔、靴等。

5、汽车发动机的隔热罩、重油发动机排气管的包裹、高速赛车的复合制动摩擦衬垫。

6、输送高温液体、气体的泵、压缩机和阀门用的密封填料、垫片。

7、高温电器绝缘。

8、防火门、防火帘、灭火毯、接火花用垫子和隔热覆盖等防火缝制品。

9、航天、航空工业用的隔热、保温材料、制动摩擦衬垫。

10、深冷设备、容器、管道的隔热、包裹。

11、高档写字楼中的档案库、金库、保险柜等重要场所的绝热、防火隔层，消防自动防火帘。

1.使用现状及展望
陶瓷纤维是一种纤维状轻质耐火材料，具有重量轻、耐高温、热稳定性好、导热率低、比热小及耐机械震动等优点，因而在机械、冶金、化工、石油、陶瓷、玻璃、电子等行业都得到了广泛的应用．近几年由于全球能源价格的不断上涨、节能已成为中国国家战略的背景下，比隔热砖与浇筑料等传统耐材节能达10-30%的陶瓷纤维在中国国内得到了更多更广的应用，发展前景十分看好。

就未来的发展前景来看，中国的陶瓷纤维生产总量还会提高，新的生产线仍以甩丝生产工艺为主．相对而言，喷丝毯的生产规模与占市场总量的比例将逐步减小，喷丝毯生产工艺较适合于生产规模较小的企业，特别是早期投入资金较小的企业．甩丝生产工艺在中国的市场竞争，也将越来越激烈了，这对消费者而言肯定是件好事，因为能花更少的钱，就享受到更多更好的产品了．这对中国热能应用的相关产业的发展，特别是对工业生产过程中的节能降耗而言，也肯定是件大好事．
•国外在提高陶瓷纤维产量的同时，注意研制开发新品种，目前在国外陶瓷纤维的应用带来了十分显著的经济效益，导致陶瓷纤维的应用范围日益扩大，一些主要工业发达国家的陶瓷纤维产量继续保持持续增长的发展势头，其中尤以玻璃态硅酸铝纤维的发展最为迅速。

同时，随着陶瓷纤维应用范围的不断扩大，导致陶瓷纤维制品的生产结构随之发生重大改变．如陶瓷纤维毯(包括纤维块)的产量由过去占陶瓷纤维产量的70％下降至45％；陶瓷纤维深加工制品(如纤维绳、布等纤维制品)、纤维纸、纤维浇注料、可塑料、涂抹料等纤维不定形材料的产量大幅度增长，接近于陶瓷纤维产量的15％。

陶瓷纤维新品种的开发生产和应用，大大促进了陶瓷纤维的应用技术和施工方法的发展。

目前我国陶瓷纤维已处于持续调整发展的阶段，陶瓷纤维的生产工艺与设备，尤其是干法针刺毯的生产工艺与设备具有世界先进水平，含铬、含锆硅酸铝纤维板，多晶氧化铝纤维，多晶莫耒石纤维及混配纤维制品等新型陶瓷纤维与制品相继开发成功，并投放了工业化生产，使纤维状轻质耐火材料构成了完整的系列产品。

陶瓷纤维应用范围的不断扩大，致使高强度、抗风蚀硬性纤维壁衬应用日益普及。

同时，陶瓷纤维生产技术的发展，也大大推动了陶瓷纤维的应用技术和施工方法的发展。