一

陶瓷纤维分类

陶瓷纤维可分为二大类：非氧化物陶瓷纤维(如SiC纤维、C纤维)和氧化物(含复合氧化物)陶瓷纤维(如硅酸铝纤维、Al2O3纤维)。

1、非氧化物陶瓷纤维

(1)碳化硅纤维。碳化硅(SiC)俗称金刚砂、碳硅石，是一种以共价键结合的人工合成化合物。可用化学气相沉积法、碳热还原法、粉末烧结法以及先驱体转化法制备。纯碳化硅是无色透明，工业中使用的碳化硅常常因为含有游离铁、硅、碳等杂质而呈浅绿色或黑色。

由于碳化硅具有良好的高温特性，如抗氧化性、高温强度高及稳定性、热传导性好、密度小、膨胀系数低、蠕变性小等特点，可将其用作高温燃气轮机的燃烧室、高温喷嘴、涡轮的静叶片等。由于碳化硅的高热导性、绝缘性能好等特点，可将其作为冶金工业窑炉中的高温热交换器，以及大规模集成电路的基片和封装材料等。利用其高硬度、耐磨损、耐酸碱腐蚀的性能，可在机械、化学等工业中制备机械密封材料，如滑动轴承、阀片、风机叶片和耐腐蚀的管道等。

(2)碳纤维。碳纤维是指纤维状的碳材料，由有机纤维在惰性气体中加热到1000℃以上，形成的碳含量占90%以上的纤维状碳材料。碳纤维是一种新型无机材料，它的密度为1.5-2g/cm3，是钢密度的1/4、铝合金密度的1/2，强度却比钢大4、5倍。其热膨胀系数小，抗热震性好，从几千摄氏度的高温突然降到常温也不会炸裂，同时具有良好的润滑性及导电性。碳纤维的化学性质与碳相似，对一般碱性是惰性的，并且在液氮温度下也不会脆化。在非氧环境下，即使3000℃的高温也不熔化，但在空气气氛下，温度高于400℃时就会出现明显的氧化现象，生成CO与CO2。因此碳纤维可以大幅度减轻构件结构重量，提高技术性能，使得其大范围的应用在航空航天飞行器上。

2.氧化物陶瓷纤维

(1)硅酸铝纤维。硅酸铝纤维形状和颜色同棉花相似，是一种非晶体陶瓷纤维，主要由氧化铝和二氧化硅组成，有时还含有少量的氧化铁、二氧化钛、氧化钙等物质。根据组成物质及含量的不同，可分为四类：标准(普通)硅酸铝纤维、高纯硅酸铝纤维、高纯含铝硅酸铝纤维和高纯含锆硅酸铝纤维。

硅酸铝纤维直径1-10μm，长度为5-25cm，耐温性、隔热性、吸音性均较好，并且蓄热小、导热系数低、抗机械振动能力强，使用温度可达1200℃，密度却仅为0.096-0.128g/cm3。硅酸铝纤维复合材料可以制成毯、毡、纸、板等形状，目前已广泛应用于化工、机械等热能设备的保温及火箭发动机部件的隔热层等。

(2)石英纤维。石英纤维是指杂志含量低于0.1%，纤维直径在0.7-15μm的高纯度特种二氧化硅玻璃纤维。其具有很高的耐热性，长期稳定的使用温度为1050℃，瞬间耐温高达1700℃。除此之外，石英纤维具有耐腐蚀性，高温下强度保持率高、尺寸稳定、抗热震性好、化学稳定性高，此外还具有专业的电绝缘性能，它的介电常数和介质损耗系数在所有矿物纤维中是较优秀的，而且制作成本比碳化硅纤维低许多。石英纤维在国防军事和航空航天工业中具有重要用途，可用于制造航天热防护系统。

 (3) 莫来石纤维。莫来石纤维是一种多晶结构的纤维，主晶相为莫来石微晶，作为氧化硅和氧化铝二元体系中一个的稳定相，其活性低，再结晶能力较差，因此莫来石纤维具有较好的耐高温性能，使用温度可达到1500℃，但当温度高于1500℃时，其晶粒也会长大，使其丧失高温力学性能，当温度达到1830℃左右时，会迅速分解为氧化铝和液相。莫来石纤维受热时膨胀均匀，抗热震稳定性能极好，热导率低，在高温下不易发生蠕变，不仅能够保持良好的弹性，收缩也比较小，且材料本身化学稳定性好，不易受到腐蚀，因此作为新型较轻质高温耐热纤维材料，被广泛用于各种高温产品及热防护系统中。

(4)氧化铝纤维。氧化铝纤维是一种多晶陶瓷纤维，具有长纤、短纤、晶须等多种形式。它以Al2O3为主要成分，有时会含有一定量的添加剂，如二氧化硅、氮化硼、氧化锆、氧化铁、氧化镁等。氧化铝纤维直径10-20μm，密度2.7-4.2g/cm3，具有较高的机械性能，抗拉强度1.4-2.45GPa，抗拉模量190-385GPa。其具有良好的耐化学腐蚀性、耐氧化、耐高温性，并有高的化学稳定性和较低的热膨胀系数，熔点2050℃，可以在1200℃-1300℃高温下长期使用。

二

陶瓷纤维制品应用

陶瓷纤维较大特性：

(1)导热系数低，常温下仅为0.03 W/(m·K)，在1000 ℃时为粘土砖的1/5。

(2)制品密度小，一般在64〜500 kg/m3之间。

(3)热容量低，仅为耐火砖的1/72，轻质砖的1/42。

(4)加工性能好，纤维柔软易切割，连续性强，便于缠绕。

(5)吸音性能良好，可作为高温消音材料。

(6)化学稳定性好，除强碱、氟、磷酸盐外，几乎不受化学药品的侵蚀。

(7)耐热震性能好。

(8)绝缘性能良好,常温下体积电阻率为1×1013Ω·cm,800℃下体积电阻率为6×108Ω·cm。

(9)陶瓷纤维对波长1.8〜6.0 μm 的光波有很高的反射性。

陶瓷纤维原棉通常加工成各种式样的陶瓷纤维制品供各行各业选用。陶瓷纤维制品较重要的用途就是高温环境下的保温隔热，应用范围涵盖冶金、机械、电子、陶瓷、玻璃、化工、汽车、建材、轻工、军工、船舶、航空航天等领域。

目前陶瓷纤维制品有毯、毡、板、纸、布、带、绳、卷管、瓦块、模块、异型件、可塑料、喷涂料、 涂抹料、浇注料等。

1、陶瓷纤维原棉

陶瓷纤维棉通过电阻炉将原材料高温熔融，经喷吹或甩丝成纤工艺生产制成，直径一般为2〜5μm，长度多为30〜250 mm。

陶瓷纤维棉的纤维表面呈光滑的圆柱形，横截面通常是圆形。其结构特点是气孔率高(一般大于90%)，而且气孔孔径和比表面积大。由于气孔中的空气具有良好的隔热作用，因而纤维中气孔孔径的大小及气孔的性质(开气孔或闭气孔)对其导热性能具有决定性的影响实际上，陶瓷纤维的内部组织结构是一种由固态纤维与空气组成的混合结构，其显微结构特点是同相和气相都是以连续相的形式存在。因此，在这种结构中，固态物质以纤维状形式存在，并构成连续相骨架，而气相则连续存在于纤维材料的骨架间隙之中。正是由于陶瓷纤维具有这种结构，使其气孔率较高，气孔孔径和比表面积较大，从而使陶瓷纤维具有优良的隔热性能和较小的体积密度。

陶瓷纤维棉属中性偏酸性材料，除与强酸碱反应外，不被其他弱碱、弱酸及水、油、蒸汽侵蚀，与铅、铝、铜不浸润，具有优良的柔韧性和弹性。陶瓷纤维密度较小，比轻质隔热砖炉衬轻75%以上，比轻质浇注料炉衬轻90%〜95%，导热系数约为轻质粘土砖的1/8，是轻质耐热衬里(浇注料)的1/10， 热容埴仅为轻质隔热衬里和轻质浇注料衬里的1/10 左右，大大降低了能源损耗量，节能蓄热效果不错。同时，陶瓷纤维具有施工简便，无需烘炉，缩短施工周期，安装简便等特点。陶瓷纤维棉是其佘陶瓷纤维制品的主要原料，也可按分类温度直接用作工业窑炉膨胀缝充填、炉壁隔热、密封材料。

2、陶瓷纤维包覆系统

陶瓷纤维包覆材料的制作方法是将散装陶瓷纤维自然沉降在集棉机网带上，使其形成均匀的棉坯，经针刺制毯工艺得到无粘结剂的干法针刺毯。该毯柔软富有弹性，抗拉强度高，加工和施工性能优良，是陶瓷纤维制品应用较为广泛的产品之一。根据其工艺的不同，陶瓷纤维包覆系统可分为甩丝和喷吹两大类。

陶瓷纤维包覆系统适用于各种隔热工业窑炉的炉门密封、炉口幕帘、窑顶隔热：高温烟道、风管衬套、膨胀接头：石油化工设备、容器、管道高温隔热、保温;高温环境下的防护衣、手套、头套、头盔，靴等;汽车发动机隔热罩、重油发动机排气管包裹、 高速赛车复合制动摩擦衬垫、核电、汽轮机隔热;加热件热处理隔热;输送高温液体、气体的泵、压缩机和阀门用的密封填料、垫片：高温电器绝缘：防火门、防火帘、灭火毯、接火花用垫子和隔热覆盖等防火缝制品;航天、航空工业用的隔热、保温材料、制动摩擦衬垫;深冷设备、容器、管道的隔热、包裹，高档写宇楼中的档案库、金库、保险柜等重要场所的绝热、防火隔层，消防自动防火帘。

3、陶瓷纤维异型件

陶瓷纤维异型件是采用优良陶瓷纤维棉作原料，用真空成型工艺制成。能制成拥有优越高温性能的刚性并有自支撑强度的异型制品。所有异形制品在其使用温度范围内都有较低的收缩，并保持有高隔热、轻质和抗冲击的特点。未灼烧的材料很容易被切割成机械加工。在使用过程中，产品的抗磨损和剥落性能良好，而且不被大多数熔融金属所润湿。

陶瓷纤维异型件包括管形、锥形、圆顶形和方盒型，大多数异型制品是按照客户的要求进行生产，如有色金属行业用浇铸帽和套管、石化行业用的真空成型看火孔等。

陶瓷纤维制品具有出色的耐温隔热性能，比传统耐火材料节能10%〜30%，前景十分看好。生产趋势无污染、精细化和多功能化，高附加值、高科技含量是未来的主要发展方向。随着国家对节能降耗的重视，人们环保意识的提高，陶瓷纤维制品凭借其显著优势，将备受瞩目！