【技术实现步骤摘要】
本申请涉及一种镁铝尖晶石-氧化铝连续纤维及其制备方法，属于无极非金属材料。
技术介绍
1、氧化铝基多晶陶瓷纤维主要成分为al2o3，通常它还含有少量二氧化硅，用以稳定晶相、抑制高温下晶粒的长大，但非晶态二氧化硅的存在会使纤维强度有一定程度的降低，同时耐温性也很难超过1100℃。
2、镁铝尖晶石是一种由氧化铝和氧化镁构成的复合氧化物，在mgal2o4结构中，金属阳离子与氧离子之间以较强的离子键结合，具有相当牢固的结构。因此，mgal2o4晶体的饱和结构使其具有良好的抗热震性、耐磨性、耐腐蚀性，能够在氧化或还原等腐蚀性环境中保持较好的稳定性。
3、在国内，氧化铝基短纤维的生产工艺比较成熟，在国外，氧化铝基短纤维、连续纤维的制备技术也已工业化生产(生产厂家如：美国3m，英国ici，日本sunitomo等公司)。连续氧化铝纤维表面活性好，易与树脂、金属、陶瓷基体复合，形成诸多性能优异、应用广泛的复合材料。因此连续氧化铝纤维一直被认为是最具有潜力的高温材料。
4、连续氧化铝纤维主要采用溶胶-凝胶法制备，可纺性前驱体溶胶是获得连续氧化铝基纤维的关键。前驱体溶胶的组成直接决定纺成纤维的连续性及纺丝过程的稳定性。中国专利(cn102070326a)公开了一种多元复合氧化铝基连续纤维的制备工艺，具体公开了以硝酸铝、硅溶胶和氧化硼为原料，聚丙烯酸为纺丝助剂，利用溶胶-凝胶法结合干法或湿法纺丝制备了含硼的氧化铝基陶瓷连续纤维，但其直径较粗，为20～30μm，拉伸强度较低，仅有720±10mpa。中国专利(cn191
技术实现思路
1、为了解决上述问题，提供了一种镁铝尖晶石-氧化铝连续纤维及其制备方法，该镁铝尖晶石-氧化铝连续纤维晶相组成包括镁铝尖晶石和氧化铝晶粒，镁铝尖晶石和氧化铝晶粒的粒径均小于50nm；晶体颗粒小，微观结构致密；镁铝尖晶石分散在氧化铝晶粒之间，相邻晶粒间的晶界处原子有序排列，界面结合强度高，具有良好的连续性和拉伸强度。
2、根据本申请的一个方面，提供了一种镁铝尖晶石-氧化铝连续纤维，晶相组成包括镁铝尖晶石和氧化铝晶粒，所述镁铝尖晶石和氧化铝晶粒的粒径均小于50nm；所述镁铝尖晶石分散在氧化铝晶粒之间。
3、具体地，该镁铝尖晶石-氧化铝连续纤维晶相组成包括镁铝尖晶石和氧化铝晶粒，镁铝尖晶石和氧化铝晶粒的粒径均小于50nm；该晶体颗粒小，微观结构致密；镁铝尖晶石分散在氧化铝晶粒之间，相邻晶粒间的晶界处原子有序排列，界面结合强度高，具有良好的连续性和拉伸强度。
4、具体地，氧化铝晶粒根据煅烧温度的不同而呈现出不同的晶型，当煅烧温度为1100～1200℃时，氧化铝以过渡态氧化铝存在，当煅烧温度为1300～1400℃时，氧化铝以刚玉存在。
5、根据本申请的另一方面，还提供了上述的一种镁铝尖晶石-氧化铝连续纤维的制备方法，包括以下步骤：
6、(1)铝溶胶的制备：将硝酸铝盐溶于水中，加入铝粉，于微沸、冷凝回流条件下反应，得到以al2o3计固含量为10％～15％的铝溶胶；
7、(2)镁溶胶的制备：将纳米氧化镁加入羧酸溶液中，加热反应，得到以mgo计固含量为5％～10％的镁溶胶；
8、(3)可纺性镁铝前驱体溶胶的制备：将铝溶胶和镁溶胶混合均匀，加入纺丝助剂，混合均匀后真空浓缩，得到可纺性镁铝前驱体溶胶；
9、(4)镁铝尖晶石-氧化铝凝胶纤维的制备：将可纺性镁铝前驱体溶胶进行干法纺丝，得到镁铝尖晶石-氧化铝凝胶纤维；
10、(5)镁铝尖晶石-氧化铝连续纤维的制备：将镁铝尖晶石-氧化铝凝胶纤维移入炉中，分三个阶段逐步升温并保温，得到镁铝尖晶石-氧化铝连续纤维。
11、可选地，所述羧酸溶液包括甲酸、乙酸、丙酸或柠檬酸中的一种或多种。
12、优选的，羧酸溶液为甲酸和乙酸的混合物。
13、更优选的，羧酸溶液中甲酸和乙酸的摩尔比为1：1。
14、可选地，步骤(3)中，以al2o3或mgo计，所述铝溶胶与所述镁溶胶的质量比为(2.5～19)：1。
15、优选的，步骤(3)中，以al2o3或mgo计，所述铝溶胶与所述镁溶胶的质量比为(5.7～19)：1；
16、更优选的，骤(3)中，以al2o3或mgo计，所述铝溶胶与所述镁溶胶的质量比为9：1。
17、可选地，所述纺丝助剂包括乳酸、酒石酸、柠檬酸、乙酸或高分子纺丝助剂中的一种或多种，所述高分子纺丝助剂包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚氧化乙烯或聚醋酸乙烯中的一种或多种。
18、优选的，所述纺丝助剂为乙酸。
19、可选地，所述纺丝助剂的添加量为5～20wt％。
20、优选的，所述纺丝助剂的添加量为10～15wt％；
21、更优选的，纺丝助剂的添加量为15wt％；
22、可选地，步骤(1)中，水、铝粉和硝酸铝盐的摩尔比为(40～50)：(1.5～2.5)：(1.6～2.1)；反应温度70～110℃；反应时间6～8h；所述铝溶胶的ph为3.5～3.9。
23、优选的，步骤(1)中，水、铝粉和硝酸铝盐的摩尔比为44.5：2：1.88；反应温度为85～105℃；
24、更优选的，反应温度为80～90℃；
25、可选地，步骤(2)中，所述羧酸溶液浓度为0.5～1mol/l；羧酸与纳米氧化镁的摩尔比为(0.5～2)：1；反应温度为40-60℃，反应时间为4～6h；所述镁溶胶的ph为5.2～5.6。
26、可选地，步骤(3)中，所述真空浓缩的温度为35～45℃，真空度为0.093～0.1mpa；所述可纺性镁铝前驱体溶胶的黏度为40～500pa·s。
27、优选的，所述可纺性镁铝前驱体溶胶的黏度为200pa·s。
28、可选地，步骤(4)中，所述干法纺丝的环境温度为25～30℃，环境湿度为30～40％；步骤(5)中，第一阶段以0.5～1.5℃/min的速率升温至200～300℃，并保温30-40min；第二阶段为以1～1.5℃/min的速率升温至500～700℃，并保温30～40min；第三阶段为以8～12℃/min的速率升温至1100～1400℃，并保温1～5min。
29、本申请的有益效果包括但不限于：
30、1.根据本申请的镁铝尖晶石-氧化铝连续纤维，晶相组成包括镁铝尖晶石和氧化铝晶粒，镁铝尖晶石和氧化铝晶粒的粒径均小于50nm；晶体颗粒小，微观结构致密；镁铝本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种镁铝尖晶石-氧化铝连续纤维，其特征在于，晶相组成包括镁铝尖晶石和氧化铝晶粒，所述镁铝尖晶石和氧化铝晶粒的粒径均小于50nm；所述镁铝尖晶石分散在氧化铝晶粒之间。
2.权利要求1所述的一种镁铝尖晶石-氧化铝连续纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种镁铝尖晶石-氧化铝连续纤维的制备方法，其特征在于，所述羧酸溶液包括甲酸、乙酸、丙酸或柠檬酸中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的一种镁铝尖晶石-氧化铝连续纤维的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，以Al2O3或MgO计，所述铝溶胶与所述镁溶胶的质量比为(2.5～19)：1。
5.根据权利要求2所述的一种镁铝尖晶石-氧化铝连续纤维的制备方法，其特征在于，所述纺丝助剂包括乳酸、酒石酸、柠檬酸、乙酸或高分子纺丝助剂中的一种或多种，所述高分子纺丝助剂包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚氧化乙烯或聚醋酸乙烯中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的一种镁铝尖晶石-氧化铝连续纤维的制备方法，其特征在于，所述纺丝助剂的添加量为5～20wt％。
7.根据权利要求2所述的一种镁铝尖晶石-氧化铝连续纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，水、铝粉和硝酸铝盐的摩尔比为(40～50)：(1.5～2.5)：(1.6～2.1)；反应温度70～110℃；反应时间6～8h；所述铝溶胶的pH为3.5～3.9。
8.根据权利要求2所述的一种镁铝尖晶石-氧化铝连续纤维的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述羧酸溶液浓度为0.5～1mol/L；羧酸与纳米氧化镁的摩尔比为(0.5～2)：1；反应温度为40-60℃，反应时间为4～6h；所述镁溶胶的pH为5.2～5.6。
9.根据权利要求2所述的一种镁铝尖晶石-氧化铝连续纤维的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述真空浓缩的温度为35～45℃，真空度为0.093～0.1MPa；所述可纺性镁铝前驱体溶胶的黏度为40～500Pa·s。
10.根据权利要求2所述的一种镁铝尖晶石-氧化铝连续纤维的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述干法纺丝的环境温度为25～30℃，环境湿度为30～40％；步骤(5)中，第一阶段以0.5～1.5℃/min的速率升温至200～300℃，并保温30-40min；第二阶段为以1～1.5℃/min的速率升温至500～700℃，并保温30～40min；第三阶段为以8～12℃/min的速率升温至1100～1400℃，并保温1～5min。
...【技术特征摘要】
1.一种镁铝尖晶石-氧化铝连续纤维，其特征在于，晶相组成包括镁铝尖晶石和氧化铝晶粒，所述镁铝尖晶石和氧化铝晶粒的粒径均小于50nm；所述镁铝尖晶石分散在氧化铝晶粒之间。
2.权利要求1所述的一种镁铝尖晶石-氧化铝连续纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种镁铝尖晶石-氧化铝连续纤维的制备方法，其特征在于，所述羧酸溶液包括甲酸、乙酸、丙酸或柠檬酸中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的一种镁铝尖晶石-氧化铝连续纤维的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，以al2o3或mgo计，所述铝溶胶与所述镁溶胶的质量比为(2.5～19)：1。
5.根据权利要求2所述的一种镁铝尖晶石-氧化铝连续纤维的制备方法，其特征在于，所述纺丝助剂包括乳酸、酒石酸、柠檬酸、乙酸或高分子纺丝助剂中的一种或多种，所述高分子纺丝助剂包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚氧化乙烯或聚醋酸乙烯中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的一种镁铝尖晶石-氧化铝连续纤维的制备方法，其特征在于，所述纺丝助剂的添加量为5～20wt％。
7.根据权利要求2所述的一种镁铝尖晶石-氧化铝连续纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈代荣，常远，贾玉娜，焦秀玲，张立，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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