它具有壹般纖維的特性,如柔軟、有彈性、有壹定的抗拉強度,可以進壹步把它加工成各種紙、線、繩、帶、毯和氈等制品;又具有壹般纖維所沒有的耐高溫、耐腐蝕性能。作為耐火隔熱材料,已被廣泛應用於冶金、化工、機械、建材、造船、航空、航天等工業部門。 1941年美國巴布科克與威爾科克斯公司 (Babcock&WilcoxCo.)的中央研究所,發現用壓縮空氣噴吹高嶺土熔體的流股,得到壹種形狀和石棉相似的纖維。後於1954年公布 了這種纖維的生產設備和工藝專利,並正式投入生產。20世紀60年代初,美國發展了耐火纖維制品的生產工藝,並將技術傳到日本和歐洲。60年代中期,各國開始采用耐火纖維毯、耐火纖維濕氈代替耐火磚,作工業爐內襯,並陸續研制出高純矽酸鋁纖維、高鋁耐火纖維等新品種。70年代又研制成功多晶纖維,並得到迅速發展,1974年英國帝國化學工業公司(Imperial ChemicalIndustries Ltd)首先建成壹套生產多晶氧化鋁纖維的半工業試驗裝置,1979年建成年產500~700t。的工業生產線。80年代日本又研制出含Al2O3 80%的莫來石質纖維,美國也生產Al2O3 72%的莫來石質纖維。使用範圍從熱處理爐擴大到加熱爐等高溫領域。
中國從20世紀70年代初開始試制矽酸鋁質耐火纖維,並成功地用於工業爐。80年代在纖維的基礎理論,新產品開發和推廣應用方面都取得很大進展。已成功地研制出Al2O3 72%,Al2O3 80%,Al2O3 95%3種多晶質耐火纖維。在試驗室還研制成功ZrO2多晶纖維。 耐火纖維分為非晶質(玻璃態)和多晶質(結晶態)兩大類。非晶質耐火纖維,包括矽酸鋁質、高純矽酸鋁質、含鉻矽酸鋁質和高鋁質耐火纖維。多晶質耐火纖維,包括莫來石纖維、氧化鋁纖維和氧化鋯纖維。(表1)也有按耐火纖維最高允許使用溫度分類的。
特性
耐火纖維還是良好的紅外輻射材料,具有良好的熱能力和紅外加熱效應,使用耐火纖維制品可有效節約能源,是理想的節能增效材料。生產實踐證明,將耐火纖維應用於連續加熱工業爐可節能15%以上,用在間歇式工業加熱爐可節能30%以上,同時可提高生產率和改善產品質量,實現爐體結構輕型化、大型化,綜合性能好。
耐火纖維柔軟、彈性好,還是理想的密封材料,由於具有絕緣、消音、抗氧化、耐油和耐水性能,施工方便,因此在冶金、建材、石油、化工、船舶、電力、航天等領域應用廣泛。
多晶耐火纖維是20世紀70年代初繼非晶質耐火纖維之後發展起來的新型高溫隔熱材料,主要用在工作溫度高於1400℃的高溫窯爐,可節能25%~40%。多晶耐火纖維還可作為復合增強材料和催化劑載體,應用效果良好。多晶耐火纖維也可應用於宇航導彈和原子能領域。國際上已工業化生產和應用的多晶耐火纖維主要有多晶氧化鋁纖維(Al2O380%~90%,SiO221%~20%)、多晶莫來石纖維(Al2O372%~79%,SiO221%~28%)和多晶氧化鋯纖維(ZrO292%,Y2O38%)等。
能源問題已經引起世界各國的廣泛關註,壹方面能源消耗在逐年增加,
另壹方面能源利用率仍十分低下,在我國這壹矛盾表現得尤為突出。我國熱工窯爐方面的能源利用率僅為發達國家的50%~60%,節能材料的研究開發已成為材料領域面臨的緊迫任務,耐火纖維由於其具有優異的保溫隔熱性能而成為節能材料的開發熱點。
國外多晶耐火纖維的研究開發起步較早,生產技術已趨成熟,工藝穩定,纖維制品綜合性能優越,已在許多領域獲得應用。
作為多晶耐火纖維的主要品種,多晶氧化鋁纖維具有優異的性價比和巨大的商業價值。自20世紀70年代以來,許多發達國家投入大量精力研制開發多晶氧化鋁纖維。以英國的ICI公司為例,該公司已有20多年生產多晶氧化鋁纖維的歷史,生產的多晶纖維使用溫度可達1600℃。國外多晶耐火纖維不僅用作高溫絕熱材料,而且還用作高級陶瓷、金屬和塑料的增強材料。
國內多晶耐火纖維主要以多晶莫來石纖維和多晶氧化鋁纖維為主,20世紀70年代末,洛陽耐火材料研究院和上海第二耐火材料廠開始多晶莫來石纖維的開發。目前國內多品莫來石的生產多以氯化鋁水溶液和金屬鋁粉為原料,采用膠體法進行生產。主要用於使用溫度為1350℃~1400℃的陶瓷貼面。由洛陽耐火材料研究院研制生產的多晶氧化鋁纖維(Al2O380%~95%)主要用於1500℃~1650℃的高溫窯,年產量為80噸。
我國制造多晶氧化鋁纖維主要采用膠體工藝法,將鋁鹽制成溶液,加熱收縮,
制成紡絲膠體,然後在特定條件下成纖和熱處理,獲得多晶氧化鋁纖維。與國外相比,國內多晶耐火纖維在技術水平和產品質量上都還存在壹定差距,生產工藝和裝備也相對落後。
多晶耐火纖維屬高檔新型絕熱材料,具有很大的發展潛力。今後的發展方向是研制壹系列具有更高使用溫度和更佳使用性能,能滿足各種特殊要求的多晶耐火纖維相關制品。以多晶耐火纖維為原料生產纖維澆註料、可塑料以及塗料等來替代耐火磚及不定型耐火材料等傳統耐火材料,可充分發揮多晶耐火纖維材料在節能、環保等方面的優異性能,拓展多晶耐火纖維的使用範圍。