透析耐火陶瓷纖維及應用發(fā)展

劉瀟

(湖北十堰市神風化工材料公司，十堰 442000)

耐火陶瓷纖維材料是一種輕質、高效的保溫絕熱材料，與傳統(tǒng)的絕熱材料相比，它具有以下優(yōu)勢：陶瓷纖維作爐襯體積密度低;陶纖爐襯比輕質隔熱磚爐襯輕75%以上，比輕質澆注料爐襯輕90%～95%。如采用纖維爐襯可大大減輕窯爐的鋼結構負荷，延長爐體使用壽命。陶瓷纖維作爐襯熱容量(蓄熱量)低：陶瓷纖維的熱容量僅為輕質耐熱襯里和輕質澆注料襯里的1/10左右，而爐襯材料的熱容量與爐襯的重量成正比。低熱容量意味著窯爐在往復操作中吸收的熱量少，同時升溫的速度加快，大大減少了爐溫操作控制中的能源耗量，尤其對加熱爐的啟爐、停爐起到非常顯著的節(jié)能效果。隨著應用技術的提高，陶瓷纖維還在不斷拓展新的應用領域，目前由于全球能源價格的不斷上漲、節(jié)能已成為中國國家戰(zhàn)略的背景下，比隔熱磚與澆筑料等傳統(tǒng)耐材節(jié)能達10%～30%的陶瓷纖維在我國得到了更多更廣的應用，發(fā)展前景十分看好。

1陶瓷纖維的產品優(yōu)勢及其發(fā)展變遷

陶瓷纖維最早出現(xiàn)在1941年，美國巴布、維爾考克斯公司用天然高嶺土，用電弧爐熔融噴吹成纖維。20世紀40年代后期，美國兩家公司生產硅酸鋁系列纖維，并首次應用于航空工業(yè)；20世紀60年代，美國研制出多種陶瓷纖維制品，并用于工業(yè)窯爐壁襯。20世紀70年代，陶瓷纖維在我國開始生產使用，其應用技術在20世紀80年代得到迅速推廣，但主要適用溫度范圍在1000℃以下，應用技術相對簡單落后。進入20世紀90年代以后，隨著含鋯纖維和多晶氧化鋁纖維的推廣應用，使用溫度提高到1000～1400℃，但由于產品質量缺陷和應用技術的落后，應用領域和應用方式都受到局限。如多晶氧化鋁纖維不能制做成纖維毯，產品規(guī)格單一，以散棉、纖維塊為主，雖然使用溫度有所提高，但是強度很差，限制了使用范圍，也縮短了使用壽命。

陶瓷纖維爐襯當平均溫度在400℃時，導熱系數(shù)小于0.11W/m?K；當平均溫度在600℃時，導熱系數(shù)小于0.2W/m?K；當平均溫度在1000℃時，導熱系數(shù)小于0.28W/m?K。導熱系數(shù)約為輕質粘土磚的1/8，為輕質耐熱襯里(澆注料)的1/10，絕熱效果十分顯著。

陶瓷纖維爐襯的熱敏性要遠遠好于常規(guī)耐火材料爐襯，目前加熱爐一般使用微機控制，纖維爐襯的高熱敏性更適應工業(yè)窯爐的自動化控制。施工過程無需留設膨脹縫，施工技術因素對爐襯絕熱效果的影響小。纖維毯及模塊具有柔性和彈性，對劇烈的溫度波動和機械震動具有特別優(yōu)良的抵抗性能。在被加熱體能承受的前提下，纖維折疊模塊爐襯可以較快的速度加熱或冷卻而且不易破損。爐襯施工完畢即可投入使用，無需經烘爐程序。陶瓷纖維能降低頻率小于1000Hz的高頻噪聲，對小于3000Hz的聲波，隔音能力優(yōu)于常用隔音材料，能顯著降低噪聲污染。

陶瓷纖維屬中性偏酸性材料，除與強酸堿反應外，不被其他弱酸、堿及水、油、蒸汽侵蝕，與鉛、鋁、銅不浸潤。隨著耐火纖維生產技術及應用技術的發(fā)展，耐火陶纖制品已經實現(xiàn)了系列化與功能化。產品在使用溫度上，可以滿足從600～1600℃不同溫度檔次的使用要求；在形態(tài)上，已經逐漸形成了從傳統(tǒng)的棉、毯、氈產品到纖維模塊、板、異型件、紙、纖維紡織品；從纖維棉到纖維噴涂、可塑料、澆注料等多種形態(tài)的二次加工或深加工產品，完全滿足各行業(yè)不同工業(yè)爐對耐火陶瓷纖維制品的使用要求。目前國內陶瓷纖維已在電力、冶金、石油、化工、電子、船舶、交通運輸、房屋建筑及一些輕工業(yè)部門得到廣泛的應用，并用于宇航及原子能等尖端科學技術領域。國外一些大的陶瓷纖維企業(yè)成功開發(fā)并批量生產用于特殊應用領域的多晶氧化鋯纖維、氮化硅纖維、碳化硅纖維、硼化物纖維等新產品，如美國杜邦公司生產的多晶氧化鋁長纖維，含有99.9%多晶α-Al2O3，纖維直徑為20μm，主要用于制造紡織物。由碳化硅纖維增強的金屬基(鈦基)復合材料、陶瓷基復合材料已用于制造航天飛機部件、高性能發(fā)動機等耐高溫結構材料，是21世紀航空航天及其他高技術領域的新材料。

近10年來，一些大的陶瓷纖維生產企業(yè)為了增強抗風險的能力,紛紛組建集團,并進行了內部結構調整.淘汰了一些落后的工藝與設備及生產線,在產品結構上作了較大的調整,大幅度壓縮了在國際市場上競爭力較差的普通硅酸鋁纖維產品,擴大了高純硅酸鋁纖維、含鉻纖維、含鋯纖維、多晶氧化鋁纖維和多晶莫來石纖維等產品的生產能力。同時,一些大的陶瓷纖維企業(yè)開發(fā)成功并批量生產用于特殊應用領域的多晶氧化鋯纖維、氮化硅纖維、碳化硅纖維、硼化物纖維等新產品,如美國DuPont(杜邦)公司生產的多晶氧化鋁長纖維(商品名為FP纖維),含有99.9%多晶α-Al2O3,纖維直徑為20μm,主要用于制造紡織物。隨著科學技術的發(fā)展,先進的復合材料已研制開發(fā)成功,其增強體主要是連續(xù)長纖維和晶須,其中碳化硅纖維與晶須在復合材料中應用最廣,由碳化硅纖維增強的金屬基(鈦基)復合材料、陶瓷基復合材料已用于制造航天飛機部件、高性能發(fā)動機等耐高溫結構材料,是21世紀航空航天及高技術領域的新材料。

2國內外廠家競相開發(fā)陶瓷纖維新品種擴大應用范圍

陶瓷纖維是一種集傳統(tǒng)絕熱材料、耐火材料優(yōu)良性能于一體的纖維狀輕質耐火材料。其產品涉及各領域,廣泛應用于各工業(yè)部門,是提高工業(yè)窯爐、加熱裝置等熱設備熱工性能,實現(xiàn)結構輕型化和節(jié)能的基礎材料。目前在國外陶瓷纖維的應用帶來了十分顯著的經濟效益,導致陶瓷纖維的應用范圍日益擴大,一些主要工業(yè)發(fā)達國家的陶瓷纖維產量繼續(xù)保持持續(xù)增長的發(fā)展勢頭,其中尤以玻璃態(tài)硅酸鋁纖維的發(fā)展最為迅速。同時,隨著陶瓷纖維應用范圍的不斷擴大,導致陶瓷纖維制品的生產結構隨之發(fā)生重大改變。陶瓷纖維深加工制品(如纖維繩、布等纖維制品)、纖維紙、纖維澆注料、可塑料、涂抹料等纖維不定形材料的產量大幅度增長,接近于陶瓷纖維產量的15%。陶瓷纖維新品種的開發(fā)生產和應用,大大促進了陶瓷纖維的應用技術和施工方法的發(fā)展。

報載，近幾年日本開發(fā)生產出軍用發(fā)動機用新型陶瓷纖維復合材料，如日本三菱株式會社為戰(zhàn)斗機用發(fā)動機和火箭發(fā)動機研制了陶瓷纖維復合材料，該復合材料是將10μm的陶瓷纖維編織成三維結構，涂以一種玻璃狀的物質，這種陶瓷纖維耐熱，但易斷裂，將其制成復合材料，可提高其強度。碳纖維復合材料通常用于飛機及火箭箭體，但很少用于發(fā)動機，因為它大約只能用于300℃，所以一般用鎳基合金，而新的陶瓷纖維復合材料的耐高溫性比碳纖維復合材料好，而又比鎳基合金輕50%，該公司已在日本防衛(wèi)廳的戰(zhàn)斗機用發(fā)動機噴管上進行了外場試驗，并在火箭發(fā)動機上成功制造了一個原型件，該公司2005年還在火箭發(fā)動機上實現(xiàn)了工程應用。

美國和加拿大是陶瓷纖維的生產大國,年產量達到了10萬噸左右,約占世界耐火纖維年總產量的1/3。歐洲的陶瓷纖維產量位于第三,年產量達到6萬噸左右。在年產30萬噸的陶瓷纖維中,各種制品的比例大致為:毯和纖維模塊45%;真空成型板、氈及異形制品25%;散狀纖維棉15%:纖維繩、布等織品6%;纖維不定形材料6%:纖維紙3%。

陶瓷纖維制品的應用領域主要是加工工業(yè)和熱處理工業(yè)(工業(yè)窯爐、熱處理設備及其它熱工設備),其消耗量約占40%,其次是鋼鐵工業(yè),其消耗量約占25%。國外在提高陶瓷纖維產量的同時,注意研制開發(fā)新品種,除1000型、1260型、1400型、1600型及混配纖維等典型陶瓷纖維制品外,近年來在熔體的化學組分中添加ZrO2、Cr2O3等成分,從而使陶瓷纖維制品的最高使用溫度提高到1300℃。此外,有些生產企業(yè)還在熔體的化學組分中添加CaO，MgO等成分,研制開發(fā)成功多種新產品。如可溶性陶瓷纖維含62%～75%Al2O3的高強陶瓷纖維及耐高溫陶瓷紡織纖維等。

鋼鐵工業(yè)屬原材料工業(yè)是國民經濟的基礎，社會發(fā)展的重要支柱。鋼鐵工業(yè)的發(fā)展有賴于耐火材料工業(yè)技術的進步，特別是近幾年來，新型隔熱耐火材料——陶瓷纖維的技術進步，為冶金新技術的應用提供了強有力的保障。陶瓷纖維的適用范圍覆蓋了950～1600℃的高溫工業(yè)窯爐、加熱裝置及高溫管道，并成為應用領域的高效節(jié)能材料。陶瓷纖維在國內冶金行業(yè)的需求量大約在25000t/年。由于陶瓷纖維在冶金行業(yè)中應用的層面和領域逐步深化和擴大，所以，它已經為業(yè)內人士所普遍認可。在冶金行業(yè)發(fā)展過程所面臨的挑戰(zhàn)中，調整產品的結構，需要大量改造現(xiàn)有的生產裝備，這拉動了陶瓷纖維需求量的提高；降低能耗，需要不斷加大低導熱系數(shù)耐火材料的應用力度，陶瓷纖維的導熱系數(shù)僅是傳統(tǒng)重質耐火材料的四分之一，這就使陶瓷纖維需求量不斷攀升；而提高生產裝備的科技含量則更要求大量使用陶瓷纖維材料，以提高窯爐襯里的科技含量和爐體輕型化水平。可以預見，隨著我國冶金行業(yè)的快速發(fā)展，陶瓷纖維的制造、銷售與應用必將迎來一個前所未有的高峰，陶瓷纖維的產品研發(fā)與應用必將迎來一個前所未有的高峰，陶瓷纖維的產品研發(fā)與應用技術水平也將會有更大的飛躍。目前我國陶瓷纖維已處于持續(xù)調整發(fā)展的階段，陶瓷纖維的生產工藝與設備，尤其是干法針刺毯的生產工藝與設備具有世界先進水平，含鉻、含鋯硅酸鋁纖維板，多晶氧化鋁纖維，多晶莫末石纖維及混配纖維制品等新型陶瓷纖維與制品相繼開發(fā)成功，并投放了工業(yè)化生產，使纖維狀輕質耐火材料構成了完整的系列產品。

陶瓷纖維應用范圍的不斷擴大，致使高強度、抗風蝕硬性纖維壁襯應用日益普及。同時，陶瓷纖維生產技術的發(fā)展，也大大推動了陶瓷纖維的應用技術和施工方法的發(fā)展。

3我國陶瓷纖維研發(fā)的進展

我國陶瓷纖維生產起步較晚,在20世紀70年代初期,才先后在北京耐火材料廠和上海耐火材料廠研制成功并投入批量生產。其后10余年主要以“電弧爐熔融、一次風噴吹成纖、濕法手工制氈”的工藝生產陶瓷纖維制品,工藝落后,產品單一。自1984年首鋼公司耐火材料廠從美國CE公司引進電阻法甩絲成纖陶瓷纖維針刺毯生產線后.至1987年,又有河南陜縣電器廠、廣東高明硅酸鋁纖維廠和貴陽耐火材料廠分別從美國BW公司和Ferro公司引進了3條不同規(guī)模、不同成纖方法的陶瓷纖維針刺毯生產線及真空成型技術,從此改變了我國陶瓷纖維生產工藝、生產設備落后和產品單一的面貌。自1986年開始.我國通過對引進的陶瓷纖維生產設備和工藝消化、吸收,并結合國情研制、設計建成了不同類型的電阻法甩絲(或噴吹)成纖干法針刺毯生產線82條,安裝在45家企業(yè)內。年產量已達到10萬t以上,成為世界最大的生產國。產品品種多樣化.除批量生產低溫型、標準型、高純型、高鋁型等多種陶瓷纖維針刺毯及超輕質樹脂干法氈(板)外，還可生產14%～17%ZrO2的合鋯纖維毯。其使用溫度可達1300℃以上。

20世紀80年代末期,日本直井機織公司、車鐵及英特萊等機織品公司相繼在北京投資建成了陶瓷纖維紡織品專業(yè)生產企業(yè),并批量生產陶瓷纖維布、帶、扭繩、套管、方盤根等陶瓷纖維紡織品,纖維織品生產所需的散狀纖維棉及工藝裝備均已實現(xiàn)了國產化。90年代初,北京、上海、遼寧鞍山、山東、河南三門峽等地先后從美國、法國、日本等國引進了陶瓷纖維的噴涂技術和設備;并在冶金、石化部門工業(yè)窯爐上應用了陶瓷纖維噴涂爐襯,節(jié)省了能耗,取得了良好的經濟效益,現(xiàn)已得到了普遍推廣,并在冶金、石化和機械等部門工業(yè)爐和加熱裝置中的應用取得了成功的經驗。與陶瓷纖維噴涂技術同步發(fā)展的陶瓷纖維澆注料、可塑料、涂抹料等纖維不定形材料,不僅已建有國內生產企業(yè),而且已在各類工業(yè)窯爐、加熱裝置和高溫管道上推廣應用。

與陶瓷纖維噴涂技術同步發(fā)展的陶瓷纖維澆注料、可塑料、涂抹料等纖維不定形材料,不僅已建有國內生產企業(yè),而且已在各類工業(yè)窯爐、加熱裝置和高溫管道上推廣應用。我國目前陶瓷纖維已處于持續(xù)調整發(fā)展的階段,陶瓷纖維的生產工藝與設備,尤其是干法針刺毯的生產工藝與設備具有世界先進的含鉻、含鋯硅酸鋁纖維板,多晶氧化鋁纖維,多晶莫耒石纖維及混配纖維制品等新型陶瓷纖維與制品相繼開發(fā)成功,并投放了工業(yè)化生產,使纖維狀輕質耐火材料構成了完整的系列產品。陶瓷纖維應用范圍的不斷擴大,致使高強度、抗風蝕硬性纖維壁襯應用日益普及。同時,陶瓷纖維生產技術的發(fā)展,也大大推動了陶瓷纖維的應用技術和施工方法的發(fā)展。

陶瓷纖維模塊是為了簡化和加快窯爐施工、提高爐襯整體性而推出的新型耐火爐襯制品。陶瓷纖維模塊顏色潔白、尺寸規(guī)整，能直接固定于工業(yè)窯爐爐殼鋼板錨固釘上，具有良好的耐火隔熱效果，提高了窯爐耐火隔熱的整體性，推動了窯爐砌筑技術的進步分類溫度1050～1400℃。陶瓷纖維模塊處于預壓狀態(tài)，在爐襯砌筑完畢后，陶瓷纖維模塊的膨脹使爐襯無縫隙，并可補償纖維爐襯收縮，以提高纖維爐襯的絕熱性能，整體性能好；優(yōu)良的熱穩(wěn)定性及抗熱震性；陶瓷纖維模塊安裝迅速，并且錨固件設置于壁襯冷面，可降低錨固件材質的要求。應用于陶瓷、玻璃等建材行業(yè)窯爐的爐襯絕熱；熱處理行業(yè)的熱處理爐的爐襯絕熱；其他工業(yè)窯爐爐襯。

隨著國家節(jié)能減排計劃的推進，燒磚隧道窯的改造迫在眉睫，陶瓷纖維模塊在燒磚隧道窯吊頂方面以其卓越的保溫性能受到用戶青睞。模塊，包括折疊塊、切片塊、派洛塊、真空成型塊。由于多晶莫來石纖維制作方法及晶向結構不同，其纖維長度較短且柔軟性差。無法制作成大模塊，導致多晶纖維無法大規(guī)模應用?，F(xiàn)在多晶纖維多使用在澆注料或耐火磚爐墻、爐頂內表面貼塊，使用多晶纖維貼塊可有效降低爐外壁溫度同時減少爐墻蓄熱損失。目前國內陶瓷纖維制造廠家使用的模塊形式多為折疊塊，該結構使用針刺毯進行折疊，成型時使用機械設備對模塊進行預壓。由于折疊塊制作方法導致表面凹凸不平影響抗沖刷涂料噴涂的效果。切片塊就是在此基礎之上改進而來，其制作方法與折疊塊相同，只是在成型后將纖維毯折疊處切去使模塊表面平整。

陶瓷纖維新品種的開發(fā)生產和應用,大大促進了陶瓷纖維的應用技術和施工方法的發(fā)展。含鋯纖維是用熔融法生產的一種用途廣泛、成本較低的硅酸鋁纖維，可大量用作砌筑各種熱工窯爐的熱面全纖維爐襯，目前國內產品在這方面的質量和應用開發(fā)還相對落后，現(xiàn)在國外出現(xiàn)了含鉻纖維，使用溫度比含鋯纖維更高，國內還沒有這方面的報道。

4陶瓷纖維的制造工藝及應用前景

陶瓷纖維的制法有三種：即抽絲法、吹絲法和紡絲法。陶瓷纖維紙中的陶瓷纖維常用的是吹絲法。吹絲法是將熔融狀的混合原料，在惰性氣體的壓力下以細流狀態(tài)噴向高速旋轉的圓盤之周邊表面。在圓盤高速轉動的拉力下，將其紡成細絲纏繞在圓盤上，而得到幾微米的陶瓷纖維。

用于抄造陶瓷纖維紙的陶瓷纖維，必須經過凈化處理把不合格的非纖維狀的陶瓷顆粒除去。然后采用打漿機對其纖維長度進行適當調整，務必使纖維的長寬比等于10以上。在流送過程中應保持陶瓷纖維呈懸浮、分散狀態(tài)?？稍诔Ｒ?guī)的長網、圓網、斜網等造紙機上抄造完成。

根據產品的用途，抄造陶瓷纖維紙前可向漿料中加入黏合劑，也可不加。不過為了滿足工業(yè)生產所需求的強度，目前生產的陶瓷纖維紙中均已加入高溫黏合劑。

陶瓷纖維廣泛應用于各類熱工窯爐的絕熱耐高溫材料，由于其容重大大低于其他耐火材料，因而蓄熱很小，隔熱效果明顯，作為爐襯材料可大大降低熱工窯爐的能源損耗，在節(jié)能方面為熱工窯爐帶來了一場革命。另一方面它的應用技術和方法對熱工窯爐的砌筑同樣帶來了一場革命。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”仍為國際上陶瓷纖維生產的兩種典型的工藝技術。由于陶瓷纖維的應用范圍越來越擴大,以及隨著高新技術的發(fā)展,要求陶瓷纖維產品向功能性方向發(fā)展,以滿足特定領域內所需的專用功能性產品,如使產品具有優(yōu)良的耐高溫性能、機械力學性能、柔韌性能和可紡性能等。在制造方法方面,熔融法與化學法同時并存且同步發(fā)展,以適應不同品種用途的需要。熔融法常用于生產非晶質纖維,其技術含量低,生產成本低,產品的應用量大面廣,主要用于工業(yè)窯爐、加熱裝置耐火、隔熱應用領域中的基礎材料。化學法用于生產多晶晶質纖維,該法技術含量高,生產成本也高,附加值高,但產品仍較少,主要用于1300℃以上高溫工業(yè)窯爐的耐火隔熱及航天、航空、核能等尖端技術領域。

各種陶瓷纖維模塊是采用具有優(yōu)良性能的對應材質的纖維針刺毯按纖維組塊結構、尺寸、由專業(yè)技工，用組塊加工專用設備制作而成，為保證壁襯砌筑完成后組塊之間相互擠壓形成無縫隙緊密的保溫整體。在制作過程中均保持一定壓縮量，產品配套錨固系統(tǒng)可與窯爐殼體牢固連接、尺寸精確、安裝簡便。加快了爐襯施工速度，減輕窯爐重量，大幅度提高窯爐耐火絕熱性能。

陶瓷膜與有機聚合物膜相比，具有許多獨特的優(yōu)點，如耐高溫、耐化學腐蝕、機械強度高、孔徑均勻分布窄、微觀結構可控、使用壽命長等，因而可滿足特別苛刻的使用要求，在石油化工、化學工業(yè)、冶金工業(yè)、食品工業(yè)、環(huán)境工程、新能源等領域有著廣泛的應用前景，正日益受到重視。但實用的陶瓷膜一般為非對稱結構，膜制備工藝過程復雜，制造周期長，成本高。另外，商品化陶瓷膜一般采用多通道管式構型，膜管壁厚，膜的裝填密度低，導致單位體積有效過濾面積小和分離效率低。近年來，新型中空纖維構型陶瓷膜受到廣泛關注，中空纖維陶瓷膜除具有傳統(tǒng)的陶瓷膜本身優(yōu)點以外，還具有裝填密度大、單位體積膜有效分離面積大、膜壁薄、滲透通量高和節(jié)省原料、易于實現(xiàn)分離設備小型化等優(yōu)點。新型中空纖維構型陶瓷膜的應用可望大大提高陶瓷膜分離性能。中空纖維陶瓷膜由于其獨特的性能和結構特點，在用于廢水(氣)處理的無機分離膜、固體氧化物陶瓷膜燃料電池、微通道反應器、催化劑載體等領域的應用正受到越來越多的關注。新型中空纖維陶瓷膜由于具有裝填密度大、單位體積膜有效分離面積大、膜壁薄、滲透通量高和節(jié)省原料等獨特優(yōu)點而受到廣泛關注，在用于多孔和致密陶瓷分離膜、固體氧化物燃料電池、微通道反應器、催化劑載體等方面都有著潛在的應用前景。在概括中空纖維陶瓷膜特點的基礎上，綜述了中空纖維陶瓷膜的制備方法研究進展，著重分析比較了不同制備方法的優(yōu)缺點。將相轉化法應用于中空纖維陶瓷膜的制備，可實現(xiàn)通過一步成型制造具有自支撐非對稱結構的復合陶瓷膜，有利于提高膜的滲透通量、簡化膜制備工藝和顯著降低制造成本。

新型中空纖維陶瓷膜除具有陶瓷膜本身優(yōu)點以外，與傳統(tǒng)多通道或平板構型的膜相比，還具有以下突出優(yōu)點：裝填密度高，單位體積膜有效過濾面積非常大，易于實現(xiàn)分離設備小型化。中空纖維陶瓷膜分離效率將比傳統(tǒng)構型陶瓷膜有顯著提高。中空纖維膜管壁薄，因而可減小膜滲透阻力和縮短滲透路徑，提高流體滲透通量。此外，膜壁厚度遠小于傳統(tǒng)的管式和平板陶瓷膜，可大大節(jié)省微粉原料。中空纖維膜可根據實際應用需要采取內壓式或外壓式兩種不同過濾方式。

模板法是以有機聚合物中空纖維或活化碳纖維為模板，先將經過預處理的模板浸入預先制備的穩(wěn)定氧化物先驅體溶膠中，通過浸漬涂覆法，在纖維模板表面形成一層凝膠層，然后經干燥和高溫燒成獲得中空纖維陶瓷膜。采用有機模板法制備中空纖維陶瓷膜時，根據模板微觀結構的不同，可形成對稱或非對稱結構中空纖維陶瓷膜?？梢灶A見，非對稱結構的形成將有助于降低膜的滲透阻力和提高膜滲透性。但模板法制備中空纖維陶瓷膜，需要預先采用金屬醇鹽制備穩(wěn)定的聚合物溶膠，并往往需要經多次涂覆才能獲得合適厚度的凝膠層，工藝過程復雜，制備的膜易開裂和變形，不適合大規(guī)模生產，主要用于實驗室中空纖維膜制備。

陶瓷纖維產品質量主要取決于原料的質量,一些工業(yè)發(fā)達國家的陶瓷纖維生產企業(yè)都是以高純度合成粉料為原料,使熔融法生產的非晶質纖維化學組成中的Fe2O3，Na2O，CaO等有害雜質含量低于1%,從而提高了纖維板的質量和耐熱性能。一般是對現(xiàn)有的工藝設備和生產工藝進行改造與完善,生產功能性產品,擴大應用領域。新產品的開發(fā)主要有:晶質氧化鋁連續(xù)長纖維、復合材料生產用的新型纖維增強體和納米結構晶質氧化鋁連續(xù)長纖維的開發(fā)等。

近些年，由于能源價格不斷上漲，燃料成本將會成為扼制陶瓷業(yè)發(fā)展的瓶頸，節(jié)能愈加重要。人們對窯爐熱損失愈來愈關心，有的直接在原有耐火內襯表面加貼一層耐火陶瓷纖維以提高熱效率。在加貼前必須將窯壁上明顯的裂紋或剝落部位修復好。不過隔熱耐火磚與耐火纖維也不能任意濫用。迄今為止如堿性吹氧煉鋼爐、水泥回轉窯等內襯，由于高溫化學侵蝕嚴重，都暫時不能用纖維作內襯。對于連續(xù)加熱設備如陶瓷隧道窯，早已實現(xiàn)了采用耐火陶瓷纖維用作連續(xù)加熱設備的內襯。據報道，快速推板窯與隧道窯中采用耐火陶瓷纖維節(jié)能效果都很顯著。尤其是超高溫加熱，如燒成溫度在1538～1649℃的窯爐中，采用耐火纖維的節(jié)能效果最佳。目前，歐美及日本的陶瓷窯爐設備全部采用陶瓷纖維內襯。不久前日本將燃氣隧道窯分解為諸如車廂結構進行分節(jié)制造、然后再運抵瓷廠施工現(xiàn)場組裝，這一切都是由于采用陶瓷纖維材料，大大節(jié)省了窯爐造價，更簡便的緣故。從材質改型方面推進陶瓷纖維制品節(jié)能效果的研究也正在進行中。

陶瓷纖維雖然為高溫工業(yè)領域的絕熱耐火起著重要作用,但也存在很大的生產弊端,尤其是它具有可吸入性，對環(huán)境及人體有一定的危害，國外一些企業(yè)加強了對非晶質陶瓷纖維的限制使用。目前,一種生物溶解性非晶質陶瓷纖維在絕熱耐火材料市場出現(xiàn),這種超級纖維屬無污染的環(huán)境友好型材料。陶瓷纖維最初是作為耐火保溫材料而發(fā)展起來的。由于其纖細的形狀,逐漸作為過濾材料而得到新的應用,陶瓷纖維過濾器依賴于陶瓷纖維的發(fā)展和應用。高溫煙氣凈化已成為材料、冶金、化工、電力等行業(yè)實現(xiàn)“節(jié)能減排”的一個重要技術攻關課題。許多工業(yè)煙氣屬于高溫煙氣,如冶煉、焚燒、火力發(fā)電、燃煤鍋爐、工業(yè)爐窯、余熱回收利用等。采用傳統(tǒng)的布袋除塵器凈化高溫煙塵,通常要將煙氣冷卻至250℃以下并控制在露點溫度以上。因此,采取降溫方法凈化高溫煙氣勢必造成設備、運行費用增加和熱能浪費。

陶瓷纖維作為過濾器普遍強度較低,發(fā)展低成本高強度的連續(xù)纖維增強陶瓷纖維過濾器是今后的發(fā)展方向。陶瓷纖維過濾器由于其優(yōu)良的特性將會在高溫煙氣過濾等方面發(fā)揮越來越重要的作用,具有脫硫、脫硝、煙氣催化轉化等功能的陶瓷纖維過濾材料將是熱氣體凈化材料的發(fā)展方向。陶瓷纖維過濾在我國高溫煙氣凈化方面還沒有起步,但近幾年來的應用情況表明,在世界范圍內陶瓷過濾器用量呈現(xiàn)出高增長趨勢。陶瓷過濾器最突出的應用是燃煤發(fā)電領域的煙塵凈化。最大限度地提高發(fā)電效率和減少對大氣造成的污染已成為世界各國,特別是中國這樣一個燃煤大國的主要任務。通過循環(huán)流化床(CFBC)發(fā)電、煤氣化(IGCC)發(fā)電及其組合式發(fā)電,可以大大提高發(fā)電效率,達到節(jié)能減排的目的。煤氣化發(fā)電不同于傳統(tǒng)的蒸氣機發(fā)電過程。它是將煤加熱氣化后,在煤氣進入燃氣式發(fā)電機之前,需要凈化到高純度。大多數(shù)發(fā)電廠將進入氣燃機的允許含塵濃度限制在5mg/m3以下,理論上最好低于1mg/m2。除塵系統(tǒng)的工作溫度常在350～1000℃、壓力為1～2.5MPa。因此,要在如此高溫、高壓下達到如此高的凈化效果,陶瓷過濾器必然成為第一選擇。可以預見,為實現(xiàn)節(jié)能減排的目標,高溫煙氣陶瓷過濾技術在中國的推廣應用已為期不遠。新型陶瓷纖維是近年發(fā)展起來的高技術功能纖維。除了防紫外線纖維、蓄熱保溫纖維和抗菌防臭纖維外，還有防中子纖維、導電纖維、磁性纖維等，陶瓷微粉在纖維中的應用范圍也十分廣闊。

5結語

總之，陶瓷纖維是一種性能優(yōu)異、纖維狀輕質的新型絕熱節(jié)能材料，廣泛應用于工業(yè)、民用及國防領域的耐高溫、絕熱部位。隨著各國對節(jié)能的重視，陶瓷纖維得到了很好的應用和快速發(fā)展。并且陶瓷纖維替代其他絕熱材料的空間也是十分巨大。預計未來幾年我國陶瓷纖維產量年復合增長率在30%以上。隨著對功能性整理織物要求的不斷提高，以及新型陶瓷微粉材料研究開發(fā)的不斷深入，開發(fā)陶瓷纖維將會有良好的發(fā)展前途和廣闊的應用前景。

doi:10.16253/j.cnki.37-1226/tq.2015.05.008