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陶瓷纤维分类温度和使用温度介绍

时间:2020-07-14 09:58 点击次数:
 
陶瓷纤维分类温度和使用温度介绍
 
陶瓷纤维多孔隔热材料,只需要很少的材料(纤维)就可以形成一个稳定的结构,相比于陶瓷孔隙隔热材料,陶瓷纤维隔热材料具有轻质、多孔、热导率低、比热容大的特性,并且可以承受很强的载荷。这种材料已经被应用在过滤分离、隔热、生物医学、复合材料等多个领域。以陶瓷纤维材料制备的隔热材料为代表的可重复使用的热防护结构,广泛应用于国内外各类先进飞行器的热防护系统中,具有重要的应用价值和发展前景。
 
 
陶瓷纤维分类温度和运用温度
 
1.1分类温度:
 
分类温度即高运用温度,它是指纤维原料在本质运用过程中的高运用温度。详细定义为陶瓷纤维成品在非荷载条件下加热维持24小时,高温线紧缩率为4%时的测试温度。陶瓷纤维在该温度下长期运用,其寿命会很短,因此,在本质中切勿轻佻选用。
 
1.2长期平安运用温度:长期平安运用温度是指陶瓷纤维在1定温度下维持24小时,高温线紧缩率≤3%时的测试温度。在此温度下,非晶质纤维结晶、晶质纤维晶相改变及晶粒生长速度迟缓,纤维功能安稳,纤维柔弱富有弹性。
 
1.3运用温度和纤维的寿命的关系:陶瓷纤维的运用温度和运用寿命与其运用条件(窑炉氛围、侵蚀物质的构成和含量等条件)密切关联。
 
 
(1)、陶瓷纤维在应许运用温度条件下运用,晶体发育是迟缓的,纤维的本质对照安稳,在氧化氛围中不受外力碰撞的状况下,寿命可达5—10年。
 
(2)、复原性炉气应选用以高纯合并料为原料的纤维作为产业窑炉壁衬原料,并在陶瓷纤维壁衬表面喷涂防腐涂料,如此不仅升高了纤维炉衬的化学安稳性,而且升高了纤维炉衬的抗风蚀功能,同时降低了纤维壁衬的加热紧缩性。为使在复原性氛围下工作的纤维壁衬取得与氧化性氛围下工作的纤维壁衬拥有相同的绝热功效,还一定根据复原性氛围的构成,经过计算加厚纤维壁衬厚度。
 
(3)应根据窑炉运用燃料的类别(煤气、油、煤)、窑炉氛围、窑炉氛围中含侵蚀物质的构成肯定陶瓷纤维的运用温度。
 
A、复原氛围下较氧化氛围下运用温度低100至150℃。
 
B、燃油产业窑炉,陶瓷纤维壁衬运用温度应较电加热产业窑炉纤维壁衬运用温度低150~200℃。
 
C、真空氛围下较氧化性氛围下的运用温度低200~250℃。
 
 
  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)。
 
一、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。
 
   碳化硅除了具有良好的物理性能以外,还具有优良的化学性能。在非氧气气氛下,2300℃时碳化硅表面气相中仅含硅5%.但当碳化硅暴露在氧气中达到1000℃时,表面就开始氧化,但碳化硅可以生成SiO2保护膜,阻止氧化反应继续进行。
 
(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。
 
    依据所采用的原料不同,可将碳纤维可分为聚丙烯腈基碳纤维,沥青基碳纤维和纤维素基碳纤维、酚醛基碳纤维四种。应用较普遍的碳纤维主要是聚丙烯腈碳纤维和沥青碳纤维。
 
二、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
 
    化铝短纤维主要用于高温绝热材料,长纤维用于增强复合材料,晶须则具有较高的强度和一些特殊的磁学、电学、光学性能,应用于功能材料之中。氧化铝纤维表面活性好,与金属、陶瓷等基体材料易于复合,加之较高的使用温度,使得其在一般工业与高科技领域得到了越来越广泛的应用,可用于高温窑炉、热工设备、核反应堆及航天飞机的保温隔热材料等。美国在“哥伦比亚”号航天飞机上将氧化铝纤维当做隔热板衬垫使用,当航天飞机在大气层飞行时,隔热板衬垫可以防止热量通过隔热板之间的缝隙进入防热罩。氧化铝纤维在军工、航天航空上具有重要的战略意义、巨大的商业价值,吸引了许多国家投入大量人力、物力和财力进行研制开发与利用。但氧化铝纤维密度较大,热导率较高,限制了它的进一步应用。 

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