[发明专利]一种连续陶瓷纤维的制备方法

说明书

本发明涉及无机非金属材料领域，具体为一种连续陶瓷纤维的制备方法；包括下列步骤∶1)制备A组分溶胶；2)制备二氧化硅溶胶；3)将A组分溶胶和二氧化硅溶胶混合，得双相溶胶，并添加纺丝助剂；4)将添加助剂后的双相溶胶浓缩，干法纺丝，得凝胶纤维；5)将凝胶纤维热解，得陶瓷纤维；6)将陶瓷纤维烧结，得连续氧化铝基陶瓷纤维；本发明提供的一种连续陶瓷纤维制备方法，具有原料成本低，工艺稳定并且容易调整的有点。本方法主要原料来源广泛并且便宜，相对于采用金属醇盐水解法、硅氧烷法有着明显的成本优势。由于金属溶胶和二氧化硅溶胶稳定性和相容性好，可以根据要求制备具有不同二氧化硅含量的陶瓷纤维，工艺适应性强。

技术领域

本发明涉及无机非金属材料领域，具体为一种连续陶瓷纤维的制备方法。

背景技术

陶瓷纤维中二氧化硅的加入方式有很多种：(1)以有机硅化合物的形式，如硅酸酯类、有机硅氧烷类等。利用酸性催化法形成硅溶胶，然后加入到溶胶中，混合后浓缩到适合粘度进行纺丝。该方法最大的难点是有机硅的水解不完全，所得溶胶纺丝液的稳定性差，在纤维生产的过程中，溶胶性能发生明显变化，影响工艺和产品质量的稳定性。(2)以有机前驱体的形式，如聚铝硅氧烷。通过化学合成直接得到有机聚铝硅氧烷，然后溶解到有机溶剂中得到适合纺丝用的溶液。该方法的前驱体合成难度大、成本高；在干法纺丝过程中必须对溶剂进行回收，进一步增加了生产成本。(3)以无机硅溶胶的形式，如通过水玻璃加酸水解然后用酸性离子交换树脂的方式制备无硅机溶胶。该方法的难点是离子交换不彻底，因此硅溶胶中含有少量的金属离子，尤其是钠、钾等碱金属离子，严重损害纤维的高温力学性能。此外这种硅溶胶在浓缩后稳定性较差，容易凝胶化，影响生产工艺的稳定性，进而影响陶瓷纤维的质量稳定性。(4)以粉末的形式加入，即将二氧化硅陶瓷粉末添加到铝溶胶中。该方法的难点是陶瓷粉体的分散难度大，通常形成团聚，严重影响纤维微观组织的均匀性，并对力学性能产生不利的影响。

发明内容

为了解决以上的技术问题，本发明提供一种连续陶瓷纤维的制备方法；

本发明是这样实现的：

一种连续陶瓷纤维的制备方法，包括下列步骤∶1)制备A组分溶胶；2)制备二氧化硅溶胶；3)将A组分溶胶和二氧化硅溶胶混合，得双相溶胶，并添加纺丝助剂；4)将添加助剂后的双相溶胶浓缩，干法纺丝，得凝胶纤维；5)将凝胶纤维热解，得陶瓷纤维；6)将陶瓷纤维烧结，得连续陶瓷纤维。

进一步的，A组分包括金属氧化物，优选为氧化铝、二氧化钛和氧化锆中的一种。

进一步的，A组分为氧化铝。

进一步的，在步骤1)中，制备A组分溶胶是通过金属和金属盐的水溶液反应，回流，直至金属溶解完全，过滤即得到澄清的A组分溶胶。

进一步的，在步骤1)中，金属∶金属盐摩尔比例为1～9∶1，金属盐的水溶液的浓度为0.2～2.8mol/L，回流的温度为90～120℃，回流的时间为8～24h。

进一步的，在步骤2)中，制备二氧化硅溶胶是通过有机硅酸酯碱性水解获得，其中有机硅酸酯为硅酸甲酯、硅酸乙酯、硅酸丙酯或硅酸异丙酯中的至少一种，碱为脲、氨水、乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、六次甲基四胺有机胺类中的至少一种，溶剂为可溶性醇类或酮类，可溶性醇类为甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、丙酮、丁酮中的一种；按体积比，溶剂∶有机硅酸酯≥1，碱的浓度为0.1％～ 20％，水解的温度为室温至100℃之间，水解的时间为1～24h。

进一步的，在步骤3)中，双相溶胶的制备是通过A组分将溶胶和二氧化硅溶胶混合获得，碱性的二氧化硅溶胶预先添加酸将其pH 值调为酸性；所述纺丝助剂为聚乙二醇、聚乙烯醇、聚氧化乙烯、部分水解的聚醋酸乙烯、聚丙烯酸酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚马来酸中的至少一种，聚合度为1000～100000，按质量百分比，纺丝助剂的加入量为A组分溶胶的0.3％～12％。