耐火纖維的分類
耐火纖維現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，根據(jù)使用要求的不同，產(chǎn)品的物理和化學(xué)性能及安裝方法也千差萬(wàn)別。其產(chǎn)品分類如下：按材質(zhì)可分為標(biāo)準(zhǔn)型(1260型)、含鋯型(1425型)、含鉻型(1425型)、和多晶氧化鋁型(1600型)。按形態(tài)可分為纖維棉、纖維毯、纖維板、纖維氈、纖維折疊塊、組件及纖維紙、繩、布等。
目前，電阻法噴吹成纖、干法針刺制毯和電阻法甩絲成纖、干法針刺制毯仍為國(guó)際上耐火纖維生產(chǎn)的兩種典型的工藝技術(shù)。由于耐火纖維的應(yīng)用范圍越來(lái)越擴(kuò)大，以及隨著高新技術(shù)的發(fā)展，要求耐火纖維產(chǎn)品向功能性方向發(fā)展，以滿足特定領(lǐng)域內(nèi)所需的專用功能性產(chǎn)品，如使產(chǎn)品具有優(yōu)良的耐高溫性能、機(jī)械力學(xué)性能、柔韌性能和可紡性能等。
耐火纖維制造方法
在制造方法方面，熔融法與化學(xué)法(膠體法)同時(shí)并存且同步發(fā)展，以適應(yīng)不同品種的用途的需要。
(1)熔融法，常用于生產(chǎn)非晶質(zhì)(玻璃態(tài))纖維(小斷面積，短纖維的生產(chǎn))，其技術(shù)含量低，生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品的應(yīng)用量大面廣，主要用于工業(yè)窯爐、加熱裝置耐火、隔熱應(yīng)用領(lǐng)域中的基礎(chǔ)材料。
(2)化學(xué)法，用于生產(chǎn)多晶質(zhì)纖維，該法技術(shù)含量高，生產(chǎn)成本也高，附加值高，但產(chǎn)品仍較少。主要用于1300℃以上高溫工業(yè)窯爐的耐火隔熱及航天、航空、核能等尖端技術(shù)領(lǐng)域增強(qiáng)體材料。
玻璃態(tài)耐火纖維成纖工藝方法就是采用高溫熔融噴吹和離心甩絲法。連續(xù)纖維和多晶質(zhì)耐火纖維其制取方法及工藝比較多，目前各種新的制作方法及工藝仍在試驗(yàn)中，已應(yīng)用的工藝方法有：
(1)拉絲法(獲取連續(xù)纖維)，將熔體或紡絲溶膠放入白金或其他材質(zhì)的坩堝內(nèi)，利用加熱或其他方法，使它具有拉絲時(shí)所需的黏度。該液料從坩堝漏板上的小孔中拉出，再經(jīng)高速拉伸即可獲得所需直徑的纖維。通過(guò)調(diào)整黏度、漏板孔的直徑和拉絲速度可獲得不同直徑的纖維。
(2)擠壓一拉絲法(獲取連續(xù)纖維)。將紡絲溶膠放入坩堝內(nèi)，并施加一定的壓力，使溶膠擠過(guò)漏板上的小孔，再經(jīng)高速拉伸可獲所需直徑的纖維。該法適合制備各種連續(xù)耐火纖維的前驅(qū)體纖維。
(3)噴吹法(獲取短纖維)。將垂直流下的熔體流股，用從水平或成一定角度的噴嘴中，噴射出高速氣流或過(guò)熱蒸汽流，使熔體分裂，牽伸成纖維的工藝方法。一般用于熔點(diǎn)不高的耐火纖維或溶膠制耐火纖維前驅(qū)體的制造中。適合制造各種短纖維。
(4)離心甩絲法(獲取短纖維)，亦稱為多輥離心法。采用3根或4根不同轉(zhuǎn)速和直徑的高速旋轉(zhuǎn)輥，借其產(chǎn)生離心力，將落在輥外緣的熔體或溶膠逐級(jí)分離、加速甩成纖維。適合于制備短纖維。
1)有機(jī)纖維浸漬法。該方法是前驅(qū)體法制陶瓷纖維的方法之一。以有機(jī)纖維(人工合成或天然有機(jī)纖維)作為前驅(qū)體，將它放在稀鹽酸或乙二胺等溶液中浸泡、膨脹，使有機(jī)纖維的非晶態(tài)區(qū)域膨脹，再置于金屬鹽的水溶液中，使它進(jìn)人非晶態(tài)的空穴中，經(jīng)特定條件處理后，鹽類分解為氧化物而獲得穩(wěn)定的耐火纖維的工藝方法。
2)無(wú)機(jī)鹽法是前驅(qū)體法制陶瓷纖維的方法之一。將無(wú)機(jī)鹽與有機(jī)聚合物混合，調(diào)配至合適黏度后，再用拉絲或噴吹工藝制成前驅(qū)體纖維，在一定的工藝條件下熱處理即可制成耐火纖維。
3)無(wú)機(jī)聚合物前驅(qū)體法。聚合物前軀體法是由聚硼氮烷熔融紡絲制成纖維后.進(jìn)行交聯(lián)。生產(chǎn)不熔化的纖維，再經(jīng)裂解制成纖維。
4)泥漿溶液法。前驅(qū)體法制陶瓷纖維的方法之一。將陶瓷組分的細(xì)顆粒，加入所需的化合物溶液中，制成泥漿，經(jīng)干法拉絲，熱處理后成為陶瓷纖維。
5)化學(xué)轉(zhuǎn)化法。制備陶瓷纖維的方法之一。以熔點(diǎn)較低的組分(如玻璃等)，經(jīng)熔化、拉絲后，再通過(guò)物理化學(xué)方法處理，使它轉(zhuǎn)化成具有高溫特性的耐火纖維。目前有兩種方法：浸析法和化學(xué)反應(yīng)法。
①浸析法。制備陶瓷纖維的方法之一。將低熔點(diǎn)玻璃熔化、拉絲成纖后，通過(guò)化學(xué)浸漬方法，使低溫玻纖的化學(xué)成分發(fā)生變化，即溶出低熔組分保留所需的成分，便可成為具有高熔點(diǎn)性能的耐火纖維，如石英纖維的制備。
②化學(xué)反應(yīng)法。制備陶瓷纖維的方法之一。用低熔點(diǎn)玻璃，經(jīng)熔化—拉絲成纖后，與一定成分的氣相或液相反應(yīng)而轉(zhuǎn)化為高熔點(diǎn)的耐火纖維，如BN纖維的制備。
耐火纖維制取工藝
化學(xué)氣相反應(yīng)(CVR)法是以B2O3為原料，經(jīng)熔紡制成B2O3纖維，再置于較低的溫度和氨氣中加熱，使B2O3與氨氣反應(yīng)生成硼氨中間化合物，再將這種晶型不穩(wěn)定的纖維在張力下，進(jìn)一步在氨氣或氨與氮的混合氣體中加熱至1800℃，使之轉(zhuǎn)化成BN纖維，其強(qiáng)度可高達(dá)2.1GPa，模量可達(dá)345GPa。
化學(xué)氣相沉積(CVD)法系由鎢芯硼纖維氮化而成。制造時(shí)，先將硼纖維加熱至560℃進(jìn)行氧化，再將氧化纖維置于氨中加熱至1000—1400℃，反應(yīng)約6 h后即可制得BN纖維。
Si3N4纖維有兩種制法：一是以氯硅烷和六甲基二硅氮烷為起始原料，先合成穩(wěn)定的氫化聚硅氦烷。經(jīng)熔融紡絲制成纖維，再經(jīng)不熔化和燒制而得到Si3N4纖維;二是以吡啶和二氧化硅烷為原料，在惰性氣體保護(hù)下反應(yīng)生成白色的固體加成物，再置于氮?dú)庵羞M(jìn)行氨分解得到全氫聚硅氮烷，再置于烴類有機(jī)溶劑中深解配置成紡絲溶液，經(jīng)干法紡絲制成纖維，然后在惰性氣體或氨氣中于1100～1200℃溫度下進(jìn)行熱處理而得氮化硅纖維。
SiBN3C纖維也是采用聚合物前軀體法生產(chǎn)的，是一種最新的耐火纖維，起始原料為聚硅氨烷，經(jīng)熔融紡絲、交聯(lián)、不熔化和裂解后制得纖維。
SiO2纖維是通過(guò)與制備高硅氧玻璃纖維相同的工藝制得的，先制成玻璃料塊，再進(jìn)行二次熔化，采用鉑金坩堝拉絲爐進(jìn)行熔融紡絲，溫度約1150℃，得到紆維或進(jìn)一步加工成織物等成品后用熱鹽酸處理，除掉B2O3HNa2O成分，再進(jìn)行燒結(jié)使纖維中SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到95%～100%。另外，還有以SiO2為原料，配制成高黏度的溶膠后進(jìn)行紡絲，制得前軀體纖維后，再加熱至1000℃，便可制得純度為99.999%的石英纖維。此外，還可用石英棒或管用氫氧焰熔融拉成粗纖維，然后再以恒定速度通過(guò)氫氧焰或煤氣火焰高速拉成直徑為4～10μm的連續(xù)長(zhǎng)纖維，SiO2含量為99%。
耐火纖維現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，根據(jù)使用要求的不同，產(chǎn)品的物理和化學(xué)性能及安裝方法也千差萬(wàn)別。其產(chǎn)品分類如下：按材質(zhì)可分為標(biāo)準(zhǔn)型(1260型)、含鋯型(1425型)、含鉻型(1425型)、和多晶氧化鋁型(1600型)。按形態(tài)可分為纖維棉、纖維毯、纖維板、纖維氈、纖維折疊塊、組件及纖維紙、繩、布等。
目前，電阻法噴吹成纖、干法針刺制毯和電阻法甩絲成纖、干法針刺制毯仍為國(guó)際上耐火纖維生產(chǎn)的兩種典型的工藝技術(shù)。由于耐火纖維的應(yīng)用范圍越來(lái)越擴(kuò)大，以及隨著高新技術(shù)的發(fā)展，要求耐火纖維產(chǎn)品向功能性方向發(fā)展，以滿足特定領(lǐng)域內(nèi)所需的專用功能性產(chǎn)品，如使產(chǎn)品具有優(yōu)良的耐高溫性能、機(jī)械力學(xué)性能、柔韌性能和可紡性能等。
耐火纖維制造方法
在制造方法方面，熔融法與化學(xué)法(膠體法)同時(shí)并存且同步發(fā)展，以適應(yīng)不同品種的用途的需要。
(1)熔融法，常用于生產(chǎn)非晶質(zhì)(玻璃態(tài))纖維(小斷面積，短纖維的生產(chǎn))，其技術(shù)含量低，生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品的應(yīng)用量大面廣，主要用于工業(yè)窯爐、加熱裝置耐火、隔熱應(yīng)用領(lǐng)域中的基礎(chǔ)材料。
(2)化學(xué)法，用于生產(chǎn)多晶質(zhì)纖維，該法技術(shù)含量高，生產(chǎn)成本也高，附加值高，但產(chǎn)品仍較少。主要用于1300℃以上高溫工業(yè)窯爐的耐火隔熱及航天、航空、核能等尖端技術(shù)領(lǐng)域增強(qiáng)體材料。
玻璃態(tài)耐火纖維成纖工藝方法就是采用高溫熔融噴吹和離心甩絲法。連續(xù)纖維和多晶質(zhì)耐火纖維其制取方法及工藝比較多，目前各種新的制作方法及工藝仍在試驗(yàn)中，已應(yīng)用的工藝方法有：
(1)拉絲法(獲取連續(xù)纖維)，將熔體或紡絲溶膠放入白金或其他材質(zhì)的坩堝內(nèi)，利用加熱或其他方法，使它具有拉絲時(shí)所需的黏度。該液料從坩堝漏板上的小孔中拉出，再經(jīng)高速拉伸即可獲得所需直徑的纖維。通過(guò)調(diào)整黏度、漏板孔的直徑和拉絲速度可獲得不同直徑的纖維。
(2)擠壓一拉絲法(獲取連續(xù)纖維)。將紡絲溶膠放入坩堝內(nèi)，并施加一定的壓力，使溶膠擠過(guò)漏板上的小孔，再經(jīng)高速拉伸可獲所需直徑的纖維。該法適合制備各種連續(xù)耐火纖維的前驅(qū)體纖維。
(3)噴吹法(獲取短纖維)。將垂直流下的熔體流股，用從水平或成一定角度的噴嘴中，噴射出高速氣流或過(guò)熱蒸汽流，使熔體分裂，牽伸成纖維的工藝方法。一般用于熔點(diǎn)不高的耐火纖維或溶膠制耐火纖維前驅(qū)體的制造中。適合制造各種短纖維。
(4)離心甩絲法(獲取短纖維)，亦稱為多輥離心法。采用3根或4根不同轉(zhuǎn)速和直徑的高速旋轉(zhuǎn)輥，借其產(chǎn)生離心力，將落在輥外緣的熔體或溶膠逐級(jí)分離、加速甩成纖維。適合于制備短纖維。
1)有機(jī)纖維浸漬法。該方法是前驅(qū)體法制陶瓷纖維的方法之一。以有機(jī)纖維(人工合成或天然有機(jī)纖維)作為前驅(qū)體，將它放在稀鹽酸或乙二胺等溶液中浸泡、膨脹，使有機(jī)纖維的非晶態(tài)區(qū)域膨脹，再置于金屬鹽的水溶液中，使它進(jìn)人非晶態(tài)的空穴中，經(jīng)特定條件處理后，鹽類分解為氧化物而獲得穩(wěn)定的耐火纖維的工藝方法。
2)無(wú)機(jī)鹽法是前驅(qū)體法制陶瓷纖維的方法之一。將無(wú)機(jī)鹽與有機(jī)聚合物混合，調(diào)配至合適黏度后，再用拉絲或噴吹工藝制成前驅(qū)體纖維，在一定的工藝條件下熱處理即可制成耐火纖維。
3)無(wú)機(jī)聚合物前驅(qū)體法。聚合物前軀體法是由聚硼氮烷熔融紡絲制成纖維后.進(jìn)行交聯(lián)。生產(chǎn)不熔化的纖維，再經(jīng)裂解制成纖維。
4)泥漿溶液法。前驅(qū)體法制陶瓷纖維的方法之一。將陶瓷組分的細(xì)顆粒，加入所需的化合物溶液中，制成泥漿，經(jīng)干法拉絲，熱處理后成為陶瓷纖維。
5)化學(xué)轉(zhuǎn)化法。制備陶瓷纖維的方法之一。以熔點(diǎn)較低的組分(如玻璃等)，經(jīng)熔化、拉絲后，再通過(guò)物理化學(xué)方法處理，使它轉(zhuǎn)化成具有高溫特性的耐火纖維。目前有兩種方法：浸析法和化學(xué)反應(yīng)法。
①浸析法。制備陶瓷纖維的方法之一。將低熔點(diǎn)玻璃熔化、拉絲成纖后，通過(guò)化學(xué)浸漬方法，使低溫玻纖的化學(xué)成分發(fā)生變化，即溶出低熔組分保留所需的成分，便可成為具有高熔點(diǎn)性能的耐火纖維，如石英纖維的制備。
②化學(xué)反應(yīng)法。制備陶瓷纖維的方法之一。用低熔點(diǎn)玻璃，經(jīng)熔化—拉絲成纖后，與一定成分的氣相或液相反應(yīng)而轉(zhuǎn)化為高熔點(diǎn)的耐火纖維，如BN纖維的制備。
耐火纖維制取工藝
化學(xué)氣相反應(yīng)(CVR)法是以B2O3為原料，經(jīng)熔紡制成B2O3纖維，再置于較低的溫度和氨氣中加熱，使B2O3與氨氣反應(yīng)生成硼氨中間化合物，再將這種晶型不穩(wěn)定的纖維在張力下，進(jìn)一步在氨氣或氨與氮的混合氣體中加熱至1800℃，使之轉(zhuǎn)化成BN纖維，其強(qiáng)度可高達(dá)2.1GPa，模量可達(dá)345GPa。
化學(xué)氣相沉積(CVD)法系由鎢芯硼纖維氮化而成。制造時(shí)，先將硼纖維加熱至560℃進(jìn)行氧化，再將氧化纖維置于氨中加熱至1000—1400℃，反應(yīng)約6 h后即可制得BN纖維。
Si3N4纖維有兩種制法：一是以氯硅烷和六甲基二硅氮烷為起始原料，先合成穩(wěn)定的氫化聚硅氦烷。經(jīng)熔融紡絲制成纖維，再經(jīng)不熔化和燒制而得到Si3N4纖維;二是以吡啶和二氧化硅烷為原料，在惰性氣體保護(hù)下反應(yīng)生成白色的固體加成物，再置于氮?dú)庵羞M(jìn)行氨分解得到全氫聚硅氮烷，再置于烴類有機(jī)溶劑中深解配置成紡絲溶液，經(jīng)干法紡絲制成纖維，然后在惰性氣體或氨氣中于1100～1200℃溫度下進(jìn)行熱處理而得氮化硅纖維。
SiBN3C纖維也是采用聚合物前軀體法生產(chǎn)的，是一種最新的耐火纖維，起始原料為聚硅氨烷，經(jīng)熔融紡絲、交聯(lián)、不熔化和裂解后制得纖維。
SiO2纖維是通過(guò)與制備高硅氧玻璃纖維相同的工藝制得的，先制成玻璃料塊，再進(jìn)行二次熔化，采用鉑金坩堝拉絲爐進(jìn)行熔融紡絲，溫度約1150℃，得到紆維或進(jìn)一步加工成織物等成品后用熱鹽酸處理，除掉B2O3HNa2O成分，再進(jìn)行燒結(jié)使纖維中SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到95%～100%。另外，還有以SiO2為原料，配制成高黏度的溶膠后進(jìn)行紡絲，制得前軀體纖維后，再加熱至1000℃，便可制得純度為99.999%的石英纖維。此外，還可用石英棒或管用氫氧焰熔融拉成粗纖維，然后再以恒定速度通過(guò)氫氧焰或煤氣火焰高速拉成直徑為4～10μm的連續(xù)長(zhǎng)纖維，SiO2含量為99%。
