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上世纪五六十年代，传统的无机纤维资料开端利用于各个范畴，其重要代表纤维为天然石棉，但在实用中发明，这种天然纤维会致癌的，所以不再受人们的器重，研产生态环境友爱型高机能纤维成为人们的重要抉择。高机能无机纤维近多少十年来开端发展较为敏捷，重要是指碳纤维、硼纤维、碳化纤维跟氧化铝纤维，重要用于树脂、金属跟陶瓷基体的加强，因为它们高的比强度跟比弹性模量，使得复合资料存在比纯金属更优良的物感机能，其复合资料在军事、空间技巧等方面施展着不可调换的作用。

　　1. 氧化铝纤维的简介

氧化铝纤维重要成分为Al2O3，有的还含有SiO2跟B2O3等金属氧化物成分，是一种高机能的无机纤维。与碳纤维、碳化硅纤维等非氧化物纤维比较，氧化铝纤维存在高强度、超常的耐热性跟耐高温氧化性的优点，可能在更高温度下坚持很好的抗拉强度，长期利用温度在1450-1600℃；而且名义活性好，易与树脂、金属、陶瓷基体复合，形成诸多机能优良、利用普遍的复合资料；同时还存在热导率小、热膨胀系数低等优点。氧化铝纤维始终被认为是存在潜力的高温资料。

图1 多晶氧化铝纤维跟氧化铝短纤维

因为存在优良的性价比跟宏大的贸易价值，氧化铝纤维正吸引着世界上很多发达国度投入大量的时光跟精力去研制、开发与利用。与国际进步水平比较，我国研究开发氧化铝纤维起步较晚，基本实际研究跟实验技巧水平与国外还存在大差距。制备可纺性好、连续性强、缺点少的氧化铝长纤维成为当今我国氧化铝纤维制备方面急需解决的问题。

　　2. 氧化铝纤维的制备

制备氧化铝纤维的原料大多为较易得到的金属氧化物粉末、无机盐、有机聚合物等，它可能通过直接从水溶液、溶胶或者其余一些溶剂中纺丝制成，也可能以黏胶丝为载体来制备。目前，氧化铝纤维的制备方法重要有溶胶-凝胶法、浸渍法、熔融抽丝法、游浆法等。

溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法是在液相前提下将醇盐或无机盐等原料混淆均匀，加入有机酸类或高分子类助剂，经过水解跟缩聚等反应得到廓清透明的牢固溶胶，溶胶中的胶粒聚合成为凝胶，凝胶经过干燥、煅烧等步骤得到所须要的微米级或纳米级资料。

利用溶胶-凝胶法制备氧化铝纤维重要包含三个步骤，即可纺性溶胶的制备、成纤以及热处理。

可纺性溶胶的制备分为疏散法跟水解法，其中水解法为常用。水解法是以无机盐跟醇盐为原料，在催化剂存在的前提下产生水解缩合反应其中无机盐先产生溶剂化反应，形成线性聚合物，这是使溶胶存在成纤性的要害因素。通过调节原料品种、组分比例、溶剂品种、催化剂、pH值跟水解聚合温度来把持水解聚合，进而把持生成溶胶的可纺性。可纺性胶体形成后，应用不同的成纤方法制备凝胶纤维，这些方法重要有离心成纤、平吹成纤跟干法纺丝等。而对凝胶纤维的热处理进程包含化学变更跟矿物相变更，即将吸附水、结构水、有机物及某些负离子消除，使纤维结构转化为较牢固的氧化物物相，同时在该进程中把持纤维的致密性跟力学等性质。因此热处理时升温速率要缓慢，必须先完全形成低温晶相，再转化为高温晶相。

图2 无机铝盐利用溶胶-凝胶法制备氧化铝纤维基本工艺步骤[1]

优点：制品的均匀度高，尤其是多组分制品，其均匀水平可达分子或原子水平；制品纯度高，因为所用原料的纯度高，且溶剂在处理进程中轻易被除去；烧结温度比传统方法约低400-500℃，制备的氧化铝纤维直径小，因此拉伸强度有较大进步。

毛病：原料多为有机醇盐，价格比较昂贵且对人类身材健康有害，不利于大范围产业生产；全部制备进程所需时光较长，使得产业生产周期过长，产品价格明显进步。

图3 溶胶-凝胶法制备的氧化铝纤维扫描图[2]

浸渍法

浸渍法是一种传统的催化剂制造方法，通常是将载体放进含有活性物质的水溶液中浸泡，当浸渍均衡后，将残余的液体除去，再进行干燥、锻烧、活化等进程。

将浸渍法利用于纤维的制造，则是采取无机盐溶液浸渍基体纤维，其中亲水机能良好的有机粘胶纤维作为浸渍基体纤维，无机铝盐水溶液个别作为浸渍液。在一定前提下将它们混淆，基体量的吸附浸渍液，其中无机铝盐以分子状况疏散于基体纤维中，并非粘附于纤维名义，然落伍行热处理，使有机纤维素全局部解，同时吸附的无机盐实现脱水、热解、裂解并分解成为氧化铝，从而在原有机纤维处形成氧化铝纤维，在更高温度下实现晶型转化跟纤维的致密化。

图4 溶胶浸渍法制备的氧化铝纤维[3]

优点：可能先将基体纤维编织再浸渍、烧结，因此可得到外形庞杂且强度较高的连续氧化铝纤维。

毛病：本钱较高且纤维品质较差，产率低，不适合大范围生产。

熔融抽丝法

熔融抽丝法是1971年美国TYCO研究所研发出的一种制备氧化铝纤维的新方法。熔融抽丝法即在高温下向氧化铝熔体中插入钼制细管，利用毛细景象，熔融液恰好升到毛细管的顶端，而后由顶端缓慢向上拉伸就得到连续α-Al2O3纤维。

此方法制备的纤维直径范畴个别在20-150μm之间，长度在3-25mm之间，纤维的横截面个别为扇形、半圆形或圆形，纤维的名义较为润滑，纤维拉伸强度可达到2.35GPa，弹性模量可达451GPa。

优点：既可制备连续纤维，也可制备短纤维，且设备简单、本钱低、工艺易控，成纤后不须要进一步的热处理。

毛病：因为随着氧化铝含量的逐步升高，熔体的可纺性逐步变差并难以把持，目前熔融抽丝法只能用于低氧化铝含量纤维的制备，这些纤维个别只能在低于1200℃的前提下利用，纤维品德较低；且这种制备方法本钱较高，生产效力较低，不适合大范围的产业生产。

　　3. 氧化铝纤维的利用

因为氧化铝纤维凸起的化学牢固性、结构牢固性跟环境友爱性等特点，因此它已经被普遍天时用于航空航天范畴、汽车运输范畴、高温炉范畴以及催化范畴等。

航空航天范畴

氧化铝短纤维存在超高温绝热的特点，因此在高温绝热范畴受到人们的普遍欢送。莫来石短纤维作为氧化铝纤维的一种，作为金属基陶瓷基复合资料的加强体存在热膨胀率低、韧性强、强度高的明显上风，在航天、航空产业上作为绝热资料得到了普遍利用。上世纪80年代，美国发射的“挑衅者”及航天飞机防热资料中均利用了nextel-312纤维。

图5 美国挑衅者号及nextel-312氧化铝连续纤维

汽车运输范畴

氧化铝纤维与金属基体的界面反应较小，浸润性良好，因此氧化铝纤维可能作为金属基质铝、镁、铁、镍、铜、钛以及其余各种金属的加强体，制备各种合金。例如，在较为苛刻的环境下工作的柴油发念头活塞就是利用的纤维加强复合资料。

图6 纤维加强发念头活塞及纤维加强气门嘴帽

高温炉窑范畴

氧化铝纤维还是一种的耐火资料，它存在品质轻、热牢固性好、热导率低以及耐火度较高等优良特点，其各项机能都优于传统耐火资料，其成品情势有散装纤维、真空成型制品等，存在十分有效的节能后果，普遍受到民众的欢送。用氧化铝纤维制备的隔热衬护资料可能利用于1400℃以上的工作温度，在钢铁产业、石油化产业、陶瓷制备业中的各种炉窑都是利用的此种资料。

图7 氧化铝纤维隔热衬护资料

催化范畴

氧化铝介孔纤维资料因为存在介电常数高、热牢固性跟化学牢固性好、机械模量高等优点而受到人们的普遍器重。无机介孔资料存在较大的比名义积跟规矩的孔道结构因此化学活性较高、吸附容量，所以在催化剂、催化剂载体跟接收剂范畴有着普遍的利用。