利用木棉纤维获得中空钇铝石榴石隔热纤维的方法与流程

文档序号:17917580发布日期:2019-06-14 23:53
利用木棉纤维获得中空钇铝石榴石隔热纤维的方法与流程

本发明属于耐火材料领域,具体涉及一种利用木棉纤维获得中空钇铝石榴石(YAG)隔热纤维的方法。



背景技术:

钇铝石榴石(YAG)是氧化铝和氧化钇的复合氧化物,属于立方晶系,具有石榴石结构。晶格常数是1.2002nm,熔点是1970°C,密度4.55g/cm3,化学性质稳定,不溶于硫酸、盐酸、硝酸和氢氟酸。YAG具有高强度、高模量、耐高温、抗氧化、耐化学腐蚀以及优良的光学性质和高温力学性能(高温蠕变小),是一种非常重要的无机非金属材料。YAG也是国内外一种新型的轻质耐火材料,可长期在1500°C~1600°C高温下正常使用。另外,YAG抗高温蠕变性能优异,是目前所有氧化物中最好的。(李呈顺, 张玉军, 张景德,等. 钇铝石榴石纤维的制备和应用研究进展[J]. 硅酸盐通报, 2009, 28(1):132~137.)优异的抗高温蠕变性能利于耐火材料在高温、恒定载荷长时间使用时保持原貌,这对结构功能材料的性能表现极为关键。

目前制备的YAG纤维为实心纤维,500°C时导热系数为0.148 W/(m·K),隔热表现一般且难再有大的提升,这限制了其在隔热领域的应用范围。



技术实现要素:

本发明的目的是提供一种利用木棉纤维获得中空钇铝石榴石(YAG)隔热纤维的方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现:

一种利用木棉纤维获得中空钇铝石榴石(YAG)隔热纤维的方法,该方法步骤如下:

步骤一,配置铝盐、钇盐的乙醇溶液;

步骤二,将木棉纤维浸入上述的溶液中,浸泡1~10分钟,取出、挤干并烘干;

步骤三,将步骤二所得的木棉纤维在有氧氛围下,于1500°C~1600°C下保温1~5h后,随炉冷却,制得所述的中空结构的钇铝石榴石(YAG)隔热纤维。

进一步,步骤一中,乙醇溶液的浓度为50vol%。

进一步,步骤一中,铝盐与乙醇溶液的品质比为5~30:100,品质比优选为10~20:100;保证钇盐中的Y3+与铝盐中的Al3+的掺杂摩尔比为3:5,钇盐优选六水硝酸钇,铝盐优选九水硝酸铝。

进一步,步骤二中,浸泡时间优选为5min。

进一步,步骤三中,所述的有氧气氛为空气、纯氧气气氛。

进一步,步骤三中,升温速率为5~20°C,优选5°C/min;烧结温度优选1500°C,保温时间优选1h。

与现有技术相比,本发明的有益效果是:

(1)本发明成本低,制备工艺简单,原料来源广泛,性能优异。

(2)较实心YAG纤维,本方法制备的空心纤维热导率提升51%(热面500°C)。

附图说明

图1是本发明实施例1中制得的钇铝石榴石(YAG)X射线衍射图谱。

图2是本发明实施例1中制得的钇铝石榴石(YAG)纤维SEM高倍率微观结构图。

图3是本发明实施例1中制得的钇铝石榴石(YAG)纤维SEM低倍率微观结构图。

图4是本发明实施例2中制得的钇铝石榴石(YAG)X射线衍射图谱。

图5是本发明实施例2中制得的钇铝石榴石(YAG)纤维SEM高倍率微观结构图。

图6是本发明实施例3中制得的钇铝石榴石(YAG)纤维SEM低倍率微观结构图。

图7是本发明实施例3中制得的钇铝石榴石(YAG)纤维SEM高倍率微观结构图。

具体实施方式

实施例1(5%铝盐)

取1.07g的六水硝酸钇和1.76g的九水硝酸铝溶解于20ml的50vol%的乙醇溶液中。将木棉纤维浸入溶液中,浸泡5min后挤干,取出烘干;将烘干后的木棉纤维以5°C /min的升温速率升至1500°C,保温0.5h,制得中空钇铝石榴石(YAG)纤维。从图1的X射线衍射图谱中可知该材料为钇铝石榴石(YAG)。图2、3为钇铝石榴石(YAG)纤维的高、低倍率照片。可见纤维呈中空状,并具有一定的连续性。由于浓度较低,产物纤维管壁较薄且收缩严重。

实施例2(10%铝盐)

取2.15g的六水硝酸钇和3.52g的六水氯化铝溶解于20ml的50vol%的乙醇溶液中。将木棉纤维浸入溶液中,浸泡5min后挤干,取出烘干;将烘干后的木棉纤维以5°C /min的升温速率升至1500°C,保温1h,制得中空钇铝石榴石(YAG)纤维。从图4的X射线衍射图谱中可知该材料为钇铝石榴石(YAG)。图5为钇铝石榴石(YAG)纤维的高倍率照片,可见纤维较间较蓬松并具有一定的连续性。经过检测,10%浓度的YAG在500℃的导热率为0.072 W/(m·K),较实心纤维提升了51%。

实施例3(30%铝盐)

取4.60g的六水硝酸钇和7.51g的九水硝酸铝溶解于20ml的50vol%的乙醇溶液中。将木棉纤维浸入溶液中,浸泡5min后挤干,取出烘干;将烘干后的木棉纤维以5°C /min的升温速率升至1600°C,保温0.5h,制得中空钇铝石榴石(YAG)纤维。图6、7是该浓度下SEM低、高倍率微观结构图,很明显,纤维管壁较厚,形貌更好,较纤维表面较低浓度时更光滑。

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