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陶瓷纖維是一種纖維狀輕質耐火材料，具有質量輕、耐高溫、熱穩定性好、導熱率低、比熱小及耐機械震動等優點。

目前大家比較熟知的陶瓷纖維有硅酸鋁纖維、莫來石纖維及氧化鋁纖維等傳統陶瓷纖維，還有石英纖維、碳化硅纖維、氧化鋯纖維、氮化物纖維等先進陶瓷纖維。

陶瓷纖維的生產方法

陶瓷纖維按組成，分為玻璃態(非晶態)纖維和多晶(晶態)纖維兩大類。

1）玻璃態纖維生產方法

玻璃態陶瓷纖維的生產方法是將原料在電阻爐內熔融，高溫熔體從出料口流出，流到多輥離心機高速旋轉的甩絲輥上，甩絲輥的離心力將高溫熔體甩成纖維狀材料。高溫熔體也可以在高速氣流噴吹力的作用下驟冷而被吹制成纖維狀材料。

2）多晶態纖維生產方法

多晶陶瓷纖維的生產方法有膠體法和先驅體法兩種：

膠體法：將可溶性的鋁鹽、硅鹽等制成一定粘度的膠體溶液，經壓縮空氣噴吹法或離心盤甩絲法成纖，然后進行高溫熱處理就轉變成鋁硅氧化物晶體纖維。

先驅體法：將可溶性的鋁鹽、硅鹽制成一定粘度的膠體溶液，用膨化有機纖維均勻吸收該膠體溶液，再進行熱處理而轉變成鋁硅氧化物晶體纖維。

陶瓷纖維9大特性

陶瓷纖維制品是一種優良的耐火材料。具有質量輕、耐高溫、熱容小、保溫絕熱性能良好、高溫絕熱性能良好、無毒性等優點。陶瓷纖維特性：

導熱系數低，常溫下僅為0.03W/（m·K），在1000℃時為粘土磚的1/5。
制品密度小，一般在64~500kg/m³之間。
熱容量低，僅為耐火磚的1/72，輕質磚的1/42。
加工性能好，纖維柔軟易切割，連續性強，便于纏繞。
吸音性能良好，可作為高溫消音材料。
化學穩定性好，除強堿、氟、磷酸鹽外，幾乎不受化學藥品的侵蝕。
耐熱震性能好。
絕緣性能良好，常溫下體積電阻率為1×10¹³Ω·cm，800℃下體積電阻率為6×10⁸Ω·cm。
陶瓷纖維對波長1.8~6.0μm的光波有很高的反射性。

8大典型陶瓷纖維

1）氧化鋁纖維Al₂O₃

氧化鋁纖維是一種高性能新型無機纖維。氧化鋁纖維主要分為長纖維、短纖維、晶須三類。

長纖維又叫連續纖維，長纖維有很好的抗拉強度，同時還具有耐高溫、耐腐蝕、熱導率小等優良特性。長纖維的制備過程簡單，對生產設備要求低，金屬氧化物粉末、無機鹽、水、聚合物等均可作為長纖維制備的原材料。

氧化鋁短纖維由微晶構成，有晶體材料和纖維材料的所有優點，具有良好的耐急冷急熱性能，可用于耐高溫隔熱材料。

Al₂O₃納米纖維制備方法：

熔融法：將無機氧化物電加熱熔融形成熔體，然后溶體經不同的成纖方式形成Al₂O₃納米纖維。該方法工藝簡單、成本低廉、操作簡易，同時該方法制備的纖維不需要經過高溫煅燒的過程，因此該方法制備的纖維可以很好地避開晶粒長大的問題。但此方法熔體中氧化鋁含量增加，會增加熔體的黏度，造成成纖困難,制備的氧化鋁纖維氧化鋁含量較低。

溶膠凝膠法：原料主要為鋁的醇鹽或無機鹽，選擇一種有機酸作為催化劑，將含鋁的醇鹽或無機鹽的溶液制備形成溶膠，溶膠通過不同成纖技術形成所需纖維，最后將凝膠纖維通過熱處理的方式形成氧化鋁陶瓷纖維。

浸漬法：浸漬法的基體纖維選擇親水性能良好的粘膠纖維，浸漬液選擇無機鋁鹽，將基體纖維在浸漬液中充分浸漬，再將浸漬后的基體纖維經干燥、燒結、編織等工藝得到氧化鋁纖維。此工藝可制備出不同形貌的纖維且纖維強度高，但制備成本較高，不能得到廣泛應用。

淤漿法：淤漿法又稱杜邦法，將氧化鋁粉末分散于水中，同時還需要在水中加入分散劑、流變助劑、燒結助劑等制成均勻漿料，漿料再經過擠出成纖、干燥、燒結等工藝得到氧化鋁纖維，該工藝制備的納米纖維直徑均一且直徑較大。

靜電紡絲法：一種經典的制備方法，可利用靜電紡絲與高溫煅燒的結合成功制備出纖維直徑150nm左右高純α-Al₂O₃纖維。

2）碳化硅陶瓷纖維SiC

SiC納米纖維是非氧化物陶瓷纖維，主要由碳和硅組成，碳化硅從形態上分為兩類：連續碳化硅纖維和晶須。

碳化硅纖維具有纖維強度高、耐化學腐蝕性、耐高溫及高模量等優異性能。纖維補強的陶瓷基復合材料作為重要的新型陶瓷材料在高科技領域，如航空航天、軍工武器裝備等方面得到廣泛關注。

SiC納米纖維制備方法：

化學氣相沉積法：利用化學氣相沉積法制備的碳化硅纖維純度較高，在高溫下仍可保持良好穩定性、抗蠕變等，但此方法制備的碳化硅納米纖維不易制備復合材料。

先驅體轉化法：該方法主要由以下四個工序組成：先驅體合成、熔融紡絲、不熔化處理與高溫燒結，以此方法成功制備出的碳化硅纖維展現出良好的力學性能。

活性炭纖維轉化法：將有機原纖維經過處理得到活性炭纖維，活性炭纖維與氣態氧化硅進行化學反應，使活性炭纖維成功轉化為碳化硅纖維，對碳化硅纖維進行熱處理，得到最終產物碳化硅納米纖維。此方法制備的碳化硅纖維抗拉強度大，可達1000MPa以上。

靜電紡絲法：該方法制備的纖維尺寸均一且纖維形貌好，用聚乙烯吡咯烷酮為助紡劑，可制備出直徑200nm的連續碳化硅纖維。

3）二氧化鋯納米纖維ZrO₂

ZrO₂納米纖維是一種氧化物陶瓷纖維，熔點高達2700℃，1900℃的高溫條件下也不與熔融的鋁、鉑、鐵、鎳等金屬發生反應，具有極好的化學穩定性。

ZrO₂具有高電阻率、高折射率、耐腐蝕和低熱膨脹系數的特性，被廣泛用作保溫隔熱材料、陶瓷絕緣材料等。

ZrO₂低溫時表現為單斜晶型，溫度升高到1100℃以上轉變為四方晶型，1900℃以上為立方晶型。在不同溫度下，純ZrO₂的三種晶型可發生轉化。純ZrO₂在降溫過程中會發生8%的體積膨脹，為防止純ZrO₂發生晶型轉變，通常會在制備過程中加入適量的穩定劑:Y₂O₃、CaO、MgO等。

靜電紡絲法與溶膠-凝膠法結合是一種新型的制備ZrO₂納米纖維的方法，此方法制備的ZrO₂納米纖維直徑較細且為連續。

4）氮化硅纖維Si₃N₄

氮化硅纖維是一種耐高溫、高強度陶瓷纖維，其化學式為Si₃N₄，在氧化性氣氛中，其最高使用溫度為1300℃；在非氧化性氣氛中，其最高使用溫度1800℃。拉伸強度和彈性模量分別可達到1000MPa和300GPa，熱膨脹系數低，磨損抗力優良，主要用來增強金屬和陶瓷。

5）硅碳氮纖維SiCN

硅硼氮碳(Si-B-N-C)陶瓷纖維高耐溫、高強度、室溫下的強度大于250GPa的彈性模數和0.4～1的蠕變值m（使用標準BSR試驗,1小時,1400℃），是一種兼具耐高溫性、抗高溫氧化性、抗蠕變性、高強度、吸波等優點于一身的新型結構/功能一體化陶瓷纖維。

6）硅酸鋁纖維

硅酸鋁纖維形狀和顏色同棉花相似，是一種非晶體陶瓷纖維，主要由氧化鋁和二氧化硅組成，有時還含有少量的氧化鐵、二氧化鈦、氧化鈣等物質。根據組成物質及含量的不同，可分為四類：標準(普通)硅酸鋁纖維、高純硅酸鋁纖維（莫來石纖維）、高純含鋁硅酸鋁纖維和高純含鋯硅酸鋁纖維。具有優良的絕熱特性，耐酸、堿腐蝕性好，具有優良化學穩定性。電絕緣體、吸聲性好，對500Hz以上中、高度波可吸收80%以上。通常在800℃以上使用。具有優良的絕熱特性，耐酸、堿腐蝕性好，電絕緣性、吸音性好，對500Hz以上中、高波可吸收80%以上。

7）莫來石纖維

莫來石纖維是一種多晶結構的纖維（纖維中Al₂O₃含量在72%-75%之間），主晶相為莫來石微晶，作為氧化硅和氧化鋁二元體系中唯一的穩定相，其活性低，再結晶能力較差，因此莫來石纖維具有較好的耐高溫性能，使用溫度在1500~1700℃，但當溫度高于1500℃時，其晶粒也會長大，使其喪失高溫力學性能，當溫度達到1830℃左右時，會迅速分解為氧化鋁和液相。

8）石英纖維

石英纖維是指雜質含量低于0.1%，纖維直徑在0.7~15μm的高純度特種二氧化硅玻璃纖維。其具有很高的耐熱性，長期穩定的使用溫度為1050℃，瞬間耐溫高達1700℃，但是在600℃時強度開始下降。

纖維保持了固體石英的部分性能和特點，是一個良好的耐高溫材料，也是作為先進復合材料的增強體。石英纖維的純度＞99.9%，這使得纖維具有抗燒蝕性強、耐溫性好、導熱率低，而且化學穩定性高，介電性能也非常優良。

陶瓷纖維的應用

陶瓷纖維原棉通常加工成各種式樣的陶瓷纖維制品供各行各業選用。陶瓷纖維制品最重要的用途就是高溫環境下的保溫隔熱，應用范圍涵蓋冶金、機械、電子、陶瓷、玻璃、化工、汽車、建材、輕工、軍工、船舶、航空航天等領域。

1）絕熱保溫材料

陶瓷纖維耐高溫特性良好，其可承受1500℃高溫；陶瓷纖維還具有良好的隔熱功能，主要是由陶瓷纖維的混合結構(即固態纖維和空氣組成)決定。因此陶瓷纖維可以很好地將耐火材料韌性差的問題解決。陶瓷纖維的絕熱保溫性能使陶瓷纖維制品在工業爐爐壁和建筑材料上得到廣泛使用。

陶瓷纖維是優質耐火保溫材料，符合下游行業“更節能、更環保、更安全”的需求，目前國內陶瓷纖維制品年產量約70萬噸，占耐火材料比例約為2.9%，基數較小，未來每一細分應用領域的拓展都將帶來較高增長。陶瓷纖維制品并非完全標準化產品，應用于不同領域需調整配料、工藝與技術支持，因此非標準方面的應用隨著整個工業體系發展而得到拓展。

陶瓷纖維屬于高效節能絕熱保溫材料，材料本身具有一般纖維的特點，同時又擁有普通纖維所沒有的耐高溫、耐腐蝕和抗氧化性能，更重要的一點是避免了一般耐火材料的脆性，從而在一定程度上取代著傳統重質耐火磚被用作工業窯爐壁襯材料。陶瓷纖維作為窯爐爐壁砌筑而成的工業窯爐在使用中最大的優點就是節能。如：多晶莫來石纖維制品可長期用于1600℃以下的高溫熱工設備中作絕熱材料，如碳化硅電爐、硅化鉬電爐、各種鋼鐵加熱爐、機械鍛造爐等等，可顯著提高設備熱效率，大幅度節約能源，提高生產率，改進產品質量。可應用于各種高溫工業窯爐隔熱；陶瓷窯爐；機械及冶金加熱爐；熱處理爐及其它工業窯爐的熱面內襯；高溫擋火隔焰；窯門、窯車、膨脹縫等隔熱材料；玻璃窯隔熱。

2）高溫過濾材料

陶瓷纖維的比表面積大，由其制備的過濾材料過濾純度高，陶瓷纖維同時在熱穩定性、化學穩定性和抗熱震性方面表現出更優異的性能。因此陶瓷纖維在環境領域，如空氣凈化、污水處理、煙氣過濾等方面應用廣泛。

陶瓷纖維材料憑借其強度高、抗熱沖擊性好、耐化學腐蝕等特點，在空氣凈化、高溫煙氣過濾、柴油機尾氣微濾捕集、化工過濾、金屬液過濾等方面得到了廣泛的應用。陶瓷纖維過濾器可以分為陶瓷纖維復合膜材料、陶瓷纖維紙、陶瓷纖維網（布）、陶瓷纖維過濾體。

陶瓷纖維原棉：陶瓷纖維棉通過電阻爐將原材料高溫熔融，經噴吹或甩絲成纖工藝生產制成，直徑一般為2~5μm，長度多為30~250mm。

陶瓷纖維棉的纖維表面呈光滑的圓柱形，橫截面通常是圓形。其結構特點是氣孔率高(一般大于90%)，而且氣孔孔徑和比表面積大。由于氣孔中的空氣具有良好的隔熱作用，因而纖維中氣孔孔徑的大小及氣孔的性質(開氣孔或閉氣孔)對其導熱性能具有決定性的影響。實際上，陶瓷纖維的內部組織結構是一種由固態纖維與空氣組成的混合結構。在這種結構中，固態物質以纖維狀形式存在，并構成連續相骨架，而氣相則連續存在于纖維材料的骨架間隙之中。正是由于陶瓷纖維具有這種結構，使其氣孔率較高，氣孔孔徑和比表面積較大，從而使陶瓷纖維具有優良的隔熱性能和較小的體積密度。

陶瓷纖維棉屬中性偏酸性材料，除與強酸堿反應外，不被其他弱堿、弱酸及水、油、蒸汽侵蝕，與鉛、鋁、銅不浸潤，具有優良的柔韌性和彈性。陶瓷纖維密度較小，比輕質隔熱磚爐襯輕75%以上，比輕質澆注料爐襯輕90%~95%，導熱系數約為輕質粘土磚的1/8，是輕質耐熱襯里(澆注料)的1/10，熱容埴僅為輕質隔熱襯里和輕質澆注料襯里的1/10左右，大大降低了能源損耗量，節能蓄熱效果顯著。同時，陶瓷纖維具有施工簡便，無需烘爐，縮短施工周期，安裝簡便等特點。陶瓷纖維棉是其余陶瓷纖維制品的主要原料，也可按分類溫度直接用作工業窯爐膨脹縫充填、爐壁隔熱、密封材料。

陶瓷纖維包覆系統：陶瓷纖維包覆材料的制作方法是將散裝陶瓷纖維自然沉降在集棉機網帶上，使其形成均勻的棉坯，經針刺制毯工藝得到無粘結劑的干法針刺毯。該毯柔軟富有彈性，抗拉強度高，加工和施工性能優良，是陶瓷纖維制品應用最為廣泛的產品之一。根據其工藝的不同，陶瓷纖維包覆系統可分為甩絲和噴吹兩大類。

陶瓷纖維包覆系統適用于各種隔熱工業窯爐的爐門密封、爐口幕簾、窯頂隔熱：高溫煙道、風管襯套、膨脹接頭：石油化工設備、容器、管道高溫隔熱、保溫;高溫環境下的防護衣、手套、頭套、頭盔，靴等;汽車發動機隔熱罩、重油發動機排氣管包裹、高速賽車復合制動摩擦襯墊、核電、汽輪機隔熱;加熱件熱處理隔熱;輸送高溫液體、氣體的泵、壓縮機和閥門用的密封填料、墊片：高溫電器絕緣：防火門、防火簾、滅火毯、接火花用墊子和隔熱覆蓋等防火縫制品;航天、航空工業用的隔熱、保溫材料、制動摩擦襯墊;深冷設備、容器、管道的隔熱、包裹，高檔寫宇樓中的檔案庫、金庫、保險柜等重要場所的絕熱、防火隔層，消防自動防火簾。

陶瓷纖維異型件：陶瓷纖維異型件是采用優質陶瓷纖維棉作原料，用真空成型工藝制成。能制成擁有優越高溫性能的剛性并有自支撐強度的異型制品。所有異形制品在其使用溫度范圍內都有較低的收縮，并保持有高隔熱、輕質和抗沖擊的特點。未灼燒的材料很容易被切割成機械加工。在使用過程中，產品的抗磨損和剝落性能良好，而且不被大多數熔融金屬所潤濕。

陶瓷纖維異型件包括管形、錐形、圓頂形和方盒型，大多數異型制品是按照客戶的要求進行生產。

3）吸聲隔音材料

陶瓷纖維材料具有良好的吸聲隔音效果，主要是由于當聲波傳到材料內部時，聲波與纖維孔隙內存在的空氣產生粘滯作用，同時聲波還將與纖維間產生摩擦阻力，因而損耗的部分聲能轉化形成熱能。另外，纖維孔隙內的空氣在被壓縮時產生熱傳導，熱傳導也會使聲能耗損，從而將傳入的聲波吸收。因此陶瓷纖維材料具有良好的吸聲隔音效果，使其在建筑、交通等領域得到廣泛應用。

4）催化劑載體材料

陶瓷纖維具有比表面積大，孔隙率高，催化效果佳等優勢，當負載催化劑的陶瓷纖維使用在控制擴散反應中時，由于其擴散阻力小因而得到良好的催化效果，因此陶瓷纖維作為催化劑在催化領域存在巨大應用潛力。

5）增強增韌材料

陶瓷材料韌性差的劣勢眾所周知，因而陶瓷纖維是增韌陶瓷材料最有效的方法。應用較多的陶瓷纖維有：Al₂O₃長纖維，SiC長纖維等。同時陶瓷纖維在金屬材料增韌上也可應用。新型功能性材料：陶瓷纖維由于擁有眾多優點，因此在新型高溫超導材料，新型功能材料，如遠紅外纖維，導電纖維等方向得到廣泛應用。

6）先進陶瓷纖維材料的應用

先進陶瓷纖維在應用方面不同于傳統陶瓷纖維，其重點是根據纖維自身的特點，除了利用其耐高溫、隔熱及耐火特點以外，還放大發揮其自身的其它功能特點，比如其自身的吸波性、耐腐蝕、耐候性等等。

陶瓷纖維本身即為半導體，是雷達波吸收的重要材料，同時具備輕質、高強、耐高溫、抗氧化等理想的結構材料特性。通過制備工藝改變晶體結構，可以調整纖維的電阻率，然后多向多層鋪疊從而實現吸波和透波的目的。陶瓷纖維增強復材可以直接制備隱身結構件，相比隱身涂層具有更高的強度和耐高溫性能。F-22在尾噴口附近應用了陶瓷基隱身結構材料；法國的APTGD導彈的尾翼由六角形小塊陶瓷吸波材料組成，具有較好的吸波效果；美國空軍開發出了一種Si₃N₄寬頻透波天線罩。

例如：

氧化鋁纖維：可用于環保和再循環技術領域。如焚燒電子廢料的設備，歷經多年運轉，氧化鋁纖維仍顯示出其優良的抗爐內各種有害物的腐蝕性能，可用于汽車廢氣設備上作陶瓷整體襯，其特點是結構穩定。

氧化鋯纖維：作為超高溫隔熱復合材料、防護材料、燒蝕材料以及衛星電池隔膜材料等，用于航空航天、軍工、原子能等領域；作為1600℃~2000℃的超高溫工業電爐、超高溫燃氣爐，超高溫實驗室電爐和其它超高溫加熱裝置的爐襯材料；與很多金屬、合金、玻璃復合做寬溫度范圍使用的金屬基復合材料；可作為超高溫過濾材料、高溫反應催化劑載體，超高溫液體或氣體過濾材料。

石英纖維：可以用于高溫燒蝕材料的增強材料，高溫絕熱密封材料、樹脂增強材料、耐高溫絕緣、捆扎、包裹材料等，工業隔熱、電纜絕緣包覆、排氣管道隔熱包覆、高溫爐門幕簾及機械用高溫摩擦增強材料、防火外殼及其它絕緣保護層、船舶設備的絕緣、變壓器、互感器、電動機及其它電子產品的增強絕緣綁扎材料等。

碳化硅纖維：作為熱屏蔽材料、耐高溫輸送帶、過濾高溫氣體或熔融金屬的濾布；可作為纖維增強陶瓷基復合材料（CMC）的高溫結構材料，可應用于發動機的熱端部件，包括尾噴管部位、燃燒室、加力燃燒室、渦輪外環、導向葉片、轉子葉片等航空航天等領域；碳化硅增強鈦基復合材料、碳化硅增強鎂基復合材料、碳化硅增強銅基復合材料等。經過碳化硅纖維增強的金屬基復合材料，在比強度、比剛度、熱膨脹系數、導熱性能和耐磨性能等方面具有更優異的性能，并且易于生產出合格的金屬基復合材料。

小結

本文所介紹的陶瓷纖維是以耐高溫、隔熱以及耐火特性為主要應用方向。陶瓷纖維在作為耐火材料應用，還有較強的擴展空間，如：作為建筑保溫墻板，高溫工業爐，高溫過濾材料等這些領域隨著國家的碳中和目標的提出，其用量將會成指數倍增長。先進陶瓷纖維的應用就更加廣泛，先進陶瓷纖維具有質輕、高強度、高模量、耐高溫、耐腐蝕、抗沖刷及濺射以及良好的可設計性、可復合性等一系列其他材料所不可替代的優良性能，是火箭、衛星、導彈、戰斗機和艦船等尖端武器裝備必不可少的戰略新興材料。

（來源：前沿材料）

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