硅酸铝陶瓷纤维

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硅酸铝陶瓷纤维简介

1前言

陶瓷纤维是一种广泛应用于各类热工窑炉的绝热耐高材料。由于其容重大大低于其它耐火材料，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，由于陶瓷纤维的物理特性完全小同于传统耐火材料，因而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。

陶瓷纤维于70年代末在中国开始工业生产。80年代，陶瓷纤维的应用得到了迅速推广，但主要都在1000℃以下的度范围内使用，应用技术简单落后。进入90年代，随着含锆纤维的开发和多晶氧化铝纤维的应用推广，使用度提高到1000℃--1400℃，但由于产品质量的缺陷和应用技术的落后，应用领域和应用方式都受到了局限，如多晶氧化铝（或莫来石）纤维不能制成纤维毯，产品规格单一，以散棉、混合纤维或纤维块为主，虽然产品的使用度有所提高，但强度很差，限制了应用范围，也缩短了使用寿命。日前大多用于原有炉衬内贴面，节能效果未能得到充分体现。含锆纤维是用熔融法生产的一种用途广泛、成本较低的硅酸铝系高档陶瓷纤维产品（长期使用度可达1350℃），可大量用作砌筑各种炉窑的热面或全纤维炉衬，但日前国内产品在这方面的质量和应用开发还很滞后。含铬纤维的使用度比含锆纤维的更高，可达1400℃，也属于熔融法生产的硅酸铝系陶瓷纤维，价格远低于多晶纤维，在国外应用很广泛，但国内还末见报道。

2陶瓷纤维的种类及性能

陶瓷纤维的品种主要有普通硅酸铝纤维，.高铝硅酸铝纤维，含cr2o2,zro2或b2o3的硅酸铝纤维，多晶氧化铝纤维和多晶莫来石纤维等。近年来国外已经开发成功或正在开发一些新的陶瓷纤维品种，如镁橄榄石纤维、sio2--cao-mgo〕系陶瓷纤维、al2o3-cao系陶瓷纤维和一些特殊的氧化物纤维。

镁橄榄石纤维是.高锻烧石棉后制得的一种陶瓷纤维。它的化学组成中mgosio2<1,容重为48—640kg/m3,

导热系数为0.44—0.70（w/m℃,熔点为1600--1700℃。镁橄榄石纤维可以作为石棉代用材料在高条件下长期使用。

sio2-cao-mgo系陶瓷纤维中的al2o3和其它杂质的含量很低，它以硅酸钙和硅灰石为原料经熔融成纤维后制得。这种陶瓷纤维的真空成型制品在1260℃加热24h后的收缩率小于3.5％，使用安全。

另一种对健康无害的陶瓷纤维是化学组成中不含sio2的al2o3-cao系纤维，其al2o3和cao含量在90％以上。它是用化工原料al2o3粉和caco3粉经高熔融后制得的一种陶瓷纤维。这种陶瓷纤维已有毡、毯和真空成型制品。

用熔融法生产的石英纤维是一种性能优异的陶瓷纤维，但由于价格昂贵，一般不用作绝热材料。在石英纤维上涂上si和a1可一进一步提.高其绝热性能。用过的石英纤维制品还可以再生使用，方法是将废石英纤维绝热制品粉碎，与水和粘结剂混合后成型制成高绝热制品。

高硅氧纤维也是一种性能忧良的陶瓷纤维，它是用普通碱硅酸盐玻璃纤维经酸处理和热处理后制得的高si o2含量的玻璃纤维，其长期使用度在1000℃以上。美国宇航局将它用作航天飞行器的绝热材料。

用溶胶一凝胶法可以生产al2o3纤维、多晶莫来石纤维和zro2纤维等陶瓷纤维。近年来，采用溶胶一凝胶法还成功开发一种al2o3-y2o3纤维。在这种纤维中al2o3的含量一般为14.7-54.3％，y2o3的含量为45.

7％-85.4％，这种al2o3-y2o3纤维具有耐高、高强度高、抗高蠕变等优点，除可以用作高绝热材料外，还可以用作高过滤材料和高结构材料的增强材料。

3陶瓷纤维的应用

3.1高绝热材料近年来，国外在钢铁工业越来越多地应用各种陶瓷纤维制品，其应用范围也在小断扩展。在各种工业炉应用陶瓷纤维炉衬可以节能20％-40％，还可以使工业炉的自重降低90％，钢结构重量降低70％。

在推广使用陶瓷纤维炉衬的同时，陶瓷纤维的应用技术也获得了很大的发展。据预测，如果对陶瓷纤维的制品及其应用技术继续进行改进，设法使陶瓷纤维炉衬尽量保持陶瓷纤维使用前的性能，可以使应用陶瓷纤维炉衬的高工业炉的能耗再降低4％左右。另外，由于多晶氧化铝纤维和多晶莫来石纤维的应用，陶瓷纤维炉衬日前的最高使用度已可达1500-1600℃，如果在陶瓷纤维炉衬上涂上高涂料.不但可以扩大陶瓷纤维炉衬的应用范围，提高其使用寿命，还可以使陶瓷纤维炉衬的最高使用度提高到1800℃。

在高工业炉中，不同材质和结构的陶瓷纤维炉衬在燃料燃烧产物和高的双重作用下，炉衬的表面会产生不同程度的结晶和烧结。在这些材质中，使用含铝陶瓷纤维炉衬的变化最小，使用寿命最长。在炉衬结构方面，以陶瓷纤维毯或模块炉衬，以及由陶瓷纤维毯和模块组成的复合结构炉衬最好。在陶瓷纤维炉衬表面涂高涂料，或者在陶瓷纤维炉衬和各层纤维之间设置致密层的方法，可以防止高气流进入陶瓷纤维炉衬的内部，因而，可以改进炉衬的绝热效果，延长炉衬的使用寿命;在陶瓷纤维炉衬的高侧贴上硬质陶瓷纤维板或模块也可以起相同的作用。

3.2过滤和催化剂载体材料陶瓷纤维具有强度高、抗热冲击性好、耐化学腐蚀等特特点，是一种理想的高过滤材料。近年来已经使用陶瓷纤维成功开发出各种过滤器，例如烛式过滤器、织物过滤器和复合过滤器，广泛应用于火力发电厂、金属冶炼厂、化工厂的消烟除尘，还可用于柴油发动机废气中消除有害物质。

3.3填密材料和摩擦材料陶瓷纤维制品具有压缩回弹性，可以用作高填密材料。用硅酸铝纤维、丁晴橡胶、无机粘结剂、云母和非膨胀蛭石可以制得一种无石棉的高填密材料。用陶瓷纤维、高铝水泥、合成橡胶和吸水聚合物还可制得一种在水中具有良好粘接性能的耐水密封材料。陶瓷纤维同玻璃纤维、岩棉一样可以用来制造无石棉摩擦材料。这类摩擦材料的特点是摩擦系数稳定、耐磨性良好、噪音低。

3.4绝热涂料陶瓷纤维用作高绝热涂料的网架材料，可以改善涂料的强度、减少收缩率、降低容重、增加绝热效果。陶瓷纤维与耐热结合剂等组成的喷涂涂料，可用专门的喷射设备进行喷涂施工。涂料，可以直接喷涂在工业炉炉壁上形成炉衬，也可以喷涂在建筑钢材上形成耐火涂层。与其它炉衬相比，喷涂炉衬具有表面光滑、气密性好、绝热效果好、不易剥落、可以用于形状复杂的炉壁和施工速度快等特点，是一种较为理想的炉衬结构。

3.5增强材料陶瓷纤维用作耐火材料的增强材料可以改善耐火材料的强度、抗热冲击性和绝热效果，降低耐火材料的重量。

3.6陶瓷纤维在陶瓷窑炉中的应用

（1）填充密封材料窑炉的膨胀缝、金属部件的间隙处、辊道窑两端头转动部分的孔洞处、吊顶式窑炉的接缝处、窑车及接头处均可采用陶瓷纤维材料填充或密封。