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【纺织百科】陶瓷纤维

来源:乐鱼vip注册    发布时间:2025-12-15 15:47:39

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  陶瓷纤维是从天然或人造无机物采用不一样工艺制成的纤维状物质,也可由有机纤维经高温热处理转化而成。它不仅仅具备优异的力学性能,还具备抗氧化和高温稳定性等优点。作为一种新型轻质耐火材料,陶瓷纤维具有质量轻、耐高温、导热率低、比热容小和耐机械震动等特点,直径一般为2~5μm,长度为30~250mm,纤维表面光滑。陶瓷纤维的内部组织结构由固态纤维与空气组成的混合结构,固相与气相以连续相的形式存在。

  这种结构使陶瓷纤维具有较高的气孔率和比表面积,从而赋予其良好的隔热性能和较小的密度。因此,陶瓷纤维可广泛应用于隔热器、耐高温工作服的填充材料、电热偶极罩、管路包扎、绝热炉等增强材料,并可用于航天用热交换器等高温结构材料,被公认为高效节能材料,有“第五能源产品”的美称,发展前景广阔。

  陶瓷纤维自20世纪下半叶发展以来,具有高比强度和比模量、低导热率和优良耐热性,是碳纤维和无机纤维无法比拟的。陶瓷纤维与陶瓷、金属和高分子材料的相容性良好,能够制造纤维增强金属(FRM)和纤维增强陶瓷(FRC),在航天、航空、国防和军工领域的高性能复合材料中起着重要作用。陶瓷纤维按组成可分为含铝氧化物陶瓷纤维、硅化物(如炭化硅、氮化硅)陶瓷纤维、硼及硼化物陶瓷纤维;按用途主要分为两类:一类是要求具有高强度、高硬度和高温结构稳定性的材料,另一类是绝热、耐高温的材料。以下是几种陶瓷纤维的简介:

  氧化铝纤维是20世纪70年代开发的,主要成分为Al₂O₃,还含有SiO₂、B₂O₃、Zr₂O₃和MgO等。该纤维具有很高的耐热性,在1000℃左右的空气中强度基本不变,热收缩性小,热导率低,抗腐蚀和电学性能独特。其强度为1.4~2.6GPa(有的已达3.2GPa),模量为190~380GPa,与树脂和金属的黏接性能良好,适用于军民用复合材料的增强。氧化铝纤维可制成布、编织带、绳索等形状,用于超高速飞机、火箭发动机喷管和热圈材料等。

  碳化硅纤维是近年来发展较快的一种陶瓷纤维,由有机硅聚合物制成聚碳硅烷,经过纺丝成型和1300℃以上烧结而成。该纤维拉伸强度为2.6~3.5GPa,模量为190~420GPa,最高作业温度可达1400℃,与金属、塑料、陶瓷等基体相容性良好。碳化硅纤维可用于宇航飞行器、汽车工业的机体结构零件和发动机零件周围附件,作为高强度、耐高温、耐腐蚀、抗氧化结构材料。

  硼纤维为硼及硼化物陶瓷纤维的主要品种,具有高熔点和优异的硬度。其拉伸强度为3600MPa,弹性模量为400GPa,压缩强度达6900MPa,熔点在2000℃以上。硼纤维的高比强度和比刚度使其成为航天、航空器结构的先进复合材料的增强纤维,广泛应用于工业、体育及娱乐用品领域。

  水(溶剂)热合成法是在密封压力容器中,以水或其他流体作为溶剂,在高温(100℃)和高压(9.81MPa)条件下制备纤维的方法。该法适用范围广,制品质量高,成本较低。

  该方法利用多孔碳纤维的吸附特性,将碳纤维束浸泡在含有陶瓷组分的浆料或溶液中,然后在高温下氧化,去除有机组分,形成陶瓷纤维。

  化学气相沉积法(CVD)需要以一种导热、导电性能较好的纤维作为芯材,利用气化的小分子化合物在一定温度下反应,使生成的目标陶瓷材料沉积到芯材上。

  化学气相反应法(CVR)以一种可以通过反应转化成目标纤维的基体纤维为起始材料,与引入的化学气氛发生气-固反应,形成陶瓷纤维。

  该方法以有机金属聚合物为前驱体,利用其可溶、可熔等特性成型后,经高温热分解处理,转变为无机陶瓷材料。

  静电纺丝法通过静电场使高分子溶液或熔体流动与变形,经过处理和煅烧得到陶瓷纤维。

  挤压法利用SiC粉在聚合物黏结剂存在条件下挤出纺丝,形成的细丝再烧结固化,制造的多晶陶瓷纤维具有良好的抗高温蠕变特性。

  该方法将a-SiC和β-SiC的微粉溶解于聚合物溶液中,通过混合纺丝、挤出、溶剂蒸发、煅烧等工艺制得SiC纤维。

  溶胶-凝胶法通过将金属醇盐溶解于有机溶剂中,配制成一定浓度的溶胶,纺丝后进行热处理,得到陶瓷纤维。

  该方法利用核辐射对PCS先驱丝进行不熔化处理,形成具有不熔化特性的特定化学结构。

  陶瓷纤维纺织品具有优良的高温隔热、绝缘、耐热、抗腐蚀等特性,且对环境无不良影响。

  陶瓷纤维制品可用作高温填密材料,且可制造无石棉摩擦材料,具有稳定的摩擦系数和良好的耐磨性。

  功能陶瓷纤维具备优秀能力的铁电、介电性能,是理想的铁电压电材料,应用潜力巨大。

  陶瓷纤维材料克服了金属纤维在抗氧化、耐高温、耐腐蚀方面的不足,并且拥有非常良好的电磁吸波性能,使其在吸波承载领域有广泛的应用前景,尤其在民用和国防高科技领域。

  尽管陶瓷纤维材料拥有许多卓越的性能,但它也存在一些致命弱点,如脆性,以及在高温下也许会出现的粉化现象。这样一些问题限制了陶瓷纤维优良性能的发挥,也限制了其在更广泛领域的应用。因此,研究怎么样增韧陶瓷纤维、改善其脆性、提高其强度和强化其力学性能,成为了陶瓷纤维研究的主要方向。随着材料科学的进步,对陶瓷纤维的改性和优化将持续进行,以期实现其在更多领域的应用潜力。

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