一种耐高温氧化锆纤维陶瓷板及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种氧化锆纤维陶瓷板，可广泛应用于1500°C以上的使用场所及设备，属于无机绝热材料技术领域。
【背景技术】
[0002]随着新型发动机等新产业的兴起以及航空航天技术的发展，越来越迫切的需要材料在高温氧化条件下能够保持其使用强度和模量。氧化锆陶瓷纤维，由于具有高熔点、较高的热稳定性、耐腐蚀性、抗热震性等特点，而成为最具研究潜力的高温抗氧化材料。氧化锆陶瓷纤维及其纤维板制品将在航空航天、导弹和火箭发动机内饰、原子能反应堆、工业窑炉、高温过滤等领域有广泛的应用。
[0003]由于目前国内氧化锆纤维本身制备技术的限制，制备的氧化锆纤维强度较低，直接制备纤维板的制备技术较困难，已公开的传统的制备氧化锆纤维板的方法中，需要加入粘结剂、絮凝剂、增强纤维等材料，不仅工艺复杂，而且还引入了其他组分，降低氧化锆纤维板高温使用性能，尤其是添加的有机组分在高温下碳化，释放有害气体，造成环境污染，对密闭空间条件下的人员产生危害。因此，寻求一种简便、安全、绿色、无污染的氧化锆陶瓷纤维板的制备方法尤为重要。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种氧化锆陶瓷纤维板，其在高温下的使用性能佳。
[0005]本发明的另一个目的还在于提供上述氧化锆陶瓷纤维板的制备方法，制备工艺简单、不需要添加粘结剂和增强材料，高效无污染。
[0006]为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下:
[0007]—种耐高温氧化锆纤维陶瓷板，该氧化锆纤维陶瓷板的厚度为2?30mm，密度为0.1?0.35g/Cm3，所述氧化锆纤维陶瓷板由纤维直径为l?12μm的氧化锆纤维组成。
[0008]上述耐高温氧化锆纤维陶瓷板的制备方法，包括如下步骤:
[0009](I)采用离心甩丝机制备氧化锆前驱体纤维:将氧化锆前驱体溶液连续加入到甩丝头，经高速电机带动甩出成丝，收集得到氧化锆前驱体纤维。
[0010](2)将氧化锆前驱体纤维进行预烧结，得到碳化后的纤维。
[0011](3)将碳化后的纤维进行疏解制浆，得到纤维浆料，将纤维浆料倒入成型池中，搅拌均匀后，依次排水、真空抽吸、辊压，得到纤维板湿胚，干燥后即得到碳化的纤维板。
[0012](4)将碳化的纤维板进行高温烧结，根据需要裁剪，即得到氧化锆纤维板。
[0013]步骤(I)中，所述氧化错前驱体溶液中，氧化错、氧化乾、氧化镁、氧化娃、氧化钠、氧化铝和氧化钙的摩尔比为:(80?96): (3?20): (O?10)、(O?5): (O?5): (O?I): (O?I)，各组分之间比例的调节，是为了获取四方相或立方相的氧化锆纤维。其制备方法可以由有机配位法合成，也可以由溶胶凝胶法制备，为了获得良好的成纤效果，两种方法都需要加入纺丝助剂进行调节。
[0014]例如，采用有机配位法制备氧化锆前驱体溶液，根据上述氧化物的摩尔比计算相应原料的质量，预先将钇盐、铝盐等溶解在纺丝助剂的水溶液中，添加适量水形成均匀的胶液，再在强烈搅拌的条件下，逐步加入已溶解聚乙酰丙酮锆的乙二醇单乙醚溶液中，形成氧化锆前驱体溶液。
[0015]步骤(2)中，所述预烧结的温度为500?800°C，保温时间为0.5?2h。所述预烧结的目的主要是去除氧化锆前驱体纤维中的有机组分，这个过程伴随着纤维的体积收缩，由于整个烧结过程还有氧化锆晶型的形成与转变，同样伴随着纤维体积的收缩，经预烧结的收缩减小了纤维板成型后烧结对尺寸的影响。
[0016]步骤(2)中，所述烧结气氛为空气、氮气或水蒸气，升温速率为0.5?5°C/min，升温速率不宜过快，速率过快，有机挥发也快，对纤维损伤较大，纤维极易分化。
[0017]步骤(3)中，疏解制浆的目的是使纤维在水中高速旋转，将束纤维离解为单纤维，只将纤维分散均匀，不会将纤维切断，不会损伤纤维强度。所述纤维浆料的质量浓度为0.5?2%，浓度过小降低生产效率，浓度过大影响分散效果，造成产品密度不均匀。
[0018]步骤(3)中，所述干燥温度为90?110 °C。
[0019]步骤(4)中，所述高温烧结的温度为1000?1500°C，保温时间为0.5?5h，所述高温烧结过程一方面是将碳化物完全燃烧，另一方面是完成氧化锆晶型的转变，整个过程是纤维板致密化的过程，同时纤维间形成更多、更强的搭接，使纤维板的三维网络结构连接紧密，赋予了氧化锆陶瓷纤维板制品较高的力学强度。
[0020]步骤(4)中，所述高温烧结的升温速率控制为5?15°C/min，升温速率较快是为了抑制晶粒长大，实现纤维致密化。
[0021]本发明与现有技术相比，其显著优点:本发明的制备方法易于成型、操作简单灵活、成本低、安全无污染，制备的氧化锆陶瓷纤维板具有优异的隔热性能，使用温度^ 1500Γ。
【具体实施方式】
[0022]下面通过实施例来进一步说明本发明的技术方案。
[0023]实施例1
[0024](I)将烧成后的氧化物以质量比为ZrO2 = Y2O3 = Al2O3: Ca0 = 95.2:3.7:1:0.1配制的氧化锆前驱体纺丝液，经离心甩丝制备氧化锆前驱体纤维，制备的氧化锆前驱体纤维平均直径为2μηι。
[0025](2)将前驱体纤维，在充满N2的气氛烧结炉中，以0.5°C/min的速率升温至500°C，保温0.5h，自然冷却到室温，得到碳化后的纤维。
[0026](3)将制备的碳化后的纤维进行疏解制浆，将纤维浆料倒入成型池中，搅拌均匀、排水、真空抽吸、辊压，得到纤维板湿胚，100°C烘干后得到碳化的纤维板。
[0027](4)将碳化的纤维板以10°C/min的速率升至1000°C进行高温烧结，保温0.5h，自然冷却到室温，根据需要裁剪即得到一种四方相氧化锆纤维板。
[0028]制得的氧化锆纤维板密度为0.lg/cm3，厚度为30mm，在1600°C高温下放置30min，
纤维板保持完整性，不发生粉化，且收缩率〈5 %。
[0029]实施例2
[0030](I)将烧成后的氧化物以质量比为Zr02:Y203:Al203:Mg0 = 82.8:15:0.5:1.7配制的氧化锆前驱体纺丝液，经离心甩丝制备氧化锆前驱体纤维，制备的氧化锆前驱体纤维平均直径为6μηι。
[0031 ] (2)将前驱体纤维，在烧结炉中，以0.5°C/min的速率升温至600V，保温0.5h，自然冷却到室温，得到碳化后的纤维。
[0032](3)将制备的碳化后的纤维进行疏解制浆，将纤维浆料倒入成型池中，搅拌均匀、排水、真空抽吸、棍压，得到纤维板湿胚，110°C烘干后得到碳化的纤维板。
[0033](4)将