技术摘要：
本发明公开了一种耐高温超轻氧化铝陶瓷纤维及其溶胶‑凝胶制备方法。所述制备方法包括：(1)将铝源、有机硅氧烷、水、酸催化剂充分溶解在有机溶剂中，于一定温度下反应一定时间，再加入钽化合物和铪化学物，搅拌均匀后制备得到纺丝原液；(2)配置一种碱性凝固浴，将纺丝  全部
背景技术：
氧化铝陶瓷是一种以氧化铝为主要成份的陶瓷材料，具有良好的传导性，优良的 机械强度、和耐高温性能，同时具有耐磨性好、硬度大、质量轻等特点，被广泛应用在国防、 航空航天、交通、石油、建筑、汽车、工业、特种设备等领域。在国民经济和日常生活中的应用 也越来越广泛。从成份上分，氧化铝陶瓷分为普通型和高纯型两种：(1)普通型氧化铝陶瓷 系按氧化铝含量不同分为99瓷、95瓷、90瓷、85瓷等品种，其中99氧化铝瓷材料用于制作高 温坩埚、耐火炉管及特殊耐磨材料；95氧化铝瓷主要用作耐腐蚀、耐磨部件；85瓷中由于常 掺入部分滑石，提高机械强度，可与钼、铌、钽等金属封接。(2)高纯型氧化铝陶瓷为氧化铝 含量在99.9％以上的陶瓷材料。从结构上分，氧化铝陶瓷又可分为体型陶瓷和陶瓷纤维。 其中，氧化铝纤维是高性能的新型无机陶瓷纤维，与碳纤维、碳化硅纤维等非氧化 物纤维相比，不仅具有高模量、高强度、耐高温等优良性能，还有很好的高温抗氧化性、耐腐 蚀性和电绝缘性，表面活性好，易与聚合物、金属、陶瓷基体复合，形成诸多性能优异的复合 材料。在工业高温炉窑、航空航天、交通运输及高新科技领域中，氧化铝纤维都有广泛的应 用。由于氧化铝熔点高达2323℃，其熔体粘度低，成纤性差，故无法用熔融法制取氧化铝纤 维，目前主要有以下几种制取方法：淤浆法、溶胶-凝胶法、预聚合法、卜内门法、浸渍法、熔 融抽丝法等。以上所述方法各有优缺点，但目前为止，所有氧化硅陶瓷纤维的使用温度都局 限在1500℃以内，同时连续长丝的制备门槛极高，限制了其在国内一些重要场合的应用；另 一方面，氧化铝陶瓷通常作为结构材料用于高科技领域，密度偏高，难以实现超轻化，且热 导率也较高，本身不具备优异的隔热保温性能。
技术实现要素：
针对现有技术的不足和材料的局限性，本发明采取溶胶-凝胶造孔技术，以力学换 取超轻的技艺，主要目的在于提供一种耐高温、超轻的氧化铝陶瓷纤维及其制备方法。 为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案如下。 根据本公开的一个方面，一种耐高温超轻氧化铝陶瓷纤维的制备方法，包括以下 合成步骤： (1)将铝源、有机硅氧烷、水、酸催化剂充分溶解在有机溶剂中，于一定温度下反应 一定时间，再加入钽化合物和铪化学物，搅拌均匀后制备得到纺丝原液； (2)配置一种碱性凝固浴，将纺丝原液连续纺至碱性凝固浴中，经溶胶-凝胶化学 转变形成氧化铝凝胶纤维； (3)于室温条件下进行溶剂置换，再采用超临界流体技术干燥氧化铝凝胶纤维，随 后分步煅烧，制备得到耐高温超轻氧化铝陶瓷纤维。 4 CN 111574229 A 说　明　书 2/6 页 根据本公开的至少一个实施方式，步骤(1)所述铝源包括铝粉、氯化铝、硫酸铝、硝 酸铝、硅酸铝、硫化铝、异丙醇铝、九水硝酸铝的任意一种或两种以上的组合；和/或所述有 机硅氧烷包括正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷的任意一种 或两种以上的组合；和/或所述有机硅氧烷的用量为铝源质量的0.2％～5％。 根据本公开的至少一个实施方式，步骤(1)中所述水为去离子水、蒸馏水的任意一 种；和/或所述水的用量不限；和/或所述酸催化剂为磷酸、硫酸、硝酸、盐酸、乙酸、甲酸、丙 酸、草酸的任意一种或两种以上的组合；和/或所述酸催化剂用量为有机硅氧烷质量的1％ ～10％。 根据本公开的至少一个实施方式，步骤(1)所述有机溶剂包括甲醇、乙醇、异丙醇、 丙醇、丁醇、叔丁醇、正己烷、环己烷、正庚烷、乙腈、甲苯、四氢呋喃、异苯甲醇和全氟代烷烃 中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述有机溶剂的用量为铝源质量的20％～200％。 根据本公开的至少一个实施方式，步骤(1)所述反应温度为40℃～所述溶剂的沸 点温度；和/或所述反应时间为5～24小时。 根据本公开的至少一个实施方式，步骤(1)所述钽化合物为钽粉、钽酸锂、钽盐、有 机钽络合物的任意一种或两种以上的组合；和/或所述钽化合物用量为铝源的0.1％～2％； 和/或所述铪化合物为二氧化铪、四氯化铪、氢氧化铪、水合氯氧化铪、铪与氟化物形成的配 合物中的任意一种或两种以上的组合；和/或所述铪化合物为铝源的0.1％～5％。 根据本公开的至少一个实施方式，步骤(2)所述碱性凝固浴所用溶剂与步骤(1)为 同一种试剂；和/或碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、三乙胺、氯化铵中的任意一种或两种 以上的组合；和/或碱的用量不限。 根据本公开的至少一个实施方式，步骤(2)所述凝胶纺丝为湿法纺丝，纺丝液温度 为10～120℃。 根据本公开的至少一个实施方式，步骤(3)所述溶剂置换包括：溶剂种类为甲醇、 乙醇、丙酮中的任意一种；置换时间为5～12小时；置换次数为3～4次。 根据本公开的至少一个实施方式，步骤(3)所述凝胶纤维干燥方法为超临界流体 干燥；所述超临界流体包括超临界二氧化碳、超临界甲醇、超临界乙醇；所述干燥时间为5～ 24小时；和/或煅烧步骤不少于2次；和/或煅烧温度为800～1300℃；和/或煅烧时间为5～ 100分钟。 根据本公开的另一方面，一种如上所述的耐高温超轻氧化铝陶瓷纤维的制备方法 获得的耐高温超轻氧化铝陶瓷纤维，其特征在于：所述氧化铝陶瓷纤维含铝量大于95％，含 少量硅、钽、铪元素，耐高温性能达到1500℃以上，纤维直径1-500微米，长度为1至500米，密 度小于0.3g/cm3。 与现有技术相比，本发明的优点至少在于： (1)本发明的一种耐高温、超轻的氧化铝陶瓷纤维，具有钽、铪、氧化硅等组份的存 在，其含量可调，分布均匀，能有效附着在铝结晶体外围，抑制晶型转变和生长，从而使其使 用温度提高到1500℃以上，其密度最高只有0.3g/cm3，是传统氧化铝陶瓷密度的8％以下， 减重能力达到92％以上。 (2)本发明的一种耐高温、超轻氧化铝陶瓷纤维的制备方法，采用溶胶-凝胶纺丝 技术，能够实现对氧化铝陶瓷纤维直径和组份的调控，纤维的理论长度无限长，主要受纺丝 5 CN 111574229 A 说　明　书 3/6 页 设备限制，同时凝胶-凝胶转变和超临界干燥技术赋予了该陶瓷纤维丰富的孔结构，虽然力 学性能有所降低，但可以非结构材料领域发挥巨大的应用潜力。 附图说明 图1为本发明实施例1中耐高温超轻氧化铝陶瓷纤维的扫描电子显微镜图。 图2为本发明实施例2中耐高温超轻氧化铝陶瓷纤维的扫描电子显微镜图。 图3为本发明实施例3中耐高温超轻氧化铝陶瓷纤维的扫描电子显微镜图。 图4为本发明实施例4中耐高温超轻氧化铝陶瓷纤维的扫描电子显微镜图。 图5为本发明实施例5中耐高温超轻氧化铝陶瓷纤维的扫描电子显微镜图。 图6为本发明实施例6中耐高温超轻氧化铝陶瓷纤维的扫描电子显微镜图。