專利名稱：一種硅改性釔－鋁石榴石纖維的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種無機(jī)纖維的制備方法，具體地說涉及一種硅改性釔鋁石榴石(YAG)纖維的制備方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，凝膠纖維需經(jīng)過低溫干燥和高溫焙燒才能轉(zhuǎn)變成石榴石結(jié)構(gòu)的多晶鋁酸釔纖維。在高溫處理過程中，除了晶相的生成，還伴隨著晶粒的長大，當(dāng)晶粒尺寸太大時(shí)，會(huì)使纖維強(qiáng)度迅速下降，甚至導(dǎo)致纖維的粉化，從而喪失其使用價(jià)值。如專利“一種多晶鋁酸釔石榴石纖維的制備方法”專利申請?zhí)枮?1112275.7所制得的纖維，當(dāng)高溫處理溫度達(dá)到1000℃以上時(shí)，通常會(huì)發(fā)生纖維強(qiáng)度的急劇下降，甚至出現(xiàn)纖維的粉化；Babcock&Wilcox公司采用水溶性聚合物法(“Fabrication ofY3Al5O12Fibers from Water Soluble Polymers”，U.S.Pat.No.5,352,642(1994)制得的YAG纖維不僅直徑較粗，強(qiáng)度也很低。
發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于提供一種提高纖維的高溫強(qiáng)度的硅改性釔鋁石榴石纖維的制備方法。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的采用無機(jī)釔鹽和鋁為基本原料，以水作溶劑，在一定量有機(jī)酸的催化下，制得均勻穩(wěn)定的釔氧鋁溶膠，然后將有機(jī)硅的醇溶液加入到該溶膠中，再加入適當(dāng)高分子助紡劑并濃縮成具有一定流變性能的紡絲原液，最后經(jīng)噴吹法得到凝膠纖維。凝膠纖維經(jīng)低溫干燥、中溫水、熱處理和高溫焙燒，最終制得硅改性多晶釔鋁石榴石纖維。
本發(fā)明的制備方法具體步驟如下(1)將六水合硝酸釔或氯化釔、金屬鋁、水和有機(jī)酸，在不斷攪拌下按摩爾比為有機(jī)酸∶水∶金屬鋁∶釔離子＝1.0～3.5∶25～120∶3～3.5∶1，混合后于80～100℃回流45～120小時(shí)，當(dāng)溶液中Y/Al摩爾比達(dá)到3∶5時(shí)，停止反應(yīng)，過濾，即制得釔氧鋁溶液；
(2)將有機(jī)硅按乙醇∶有機(jī)硅＝1-4ml∶1g的比例溶解于乙醇中，并充分?jǐn)嚢杌旌希缓蟀碨i/Y摩爾比0.13-0.2的量將其加入到釔氧鋁溶膠中，并在低于60℃的溫度下繼續(xù)攪拌，得到硅改性釔氧鋁溶膠；(3)以釔鋁石榴石固體含量為基準(zhǔn)，向步驟(2)得到的釔鋁溶膠中加入0.5-5wt％的水溶性有機(jī)高分子聚合物，再加入1-5wt％的消泡劑，在50℃下加熱濃縮，得到粘度為1-20泊(溫度為20℃)的紡絲原液；(4)將上述紡絲液倒入液料罐中，控制氣壓為0.02～0.3Mpa，液壓為0.01～0.1Mpa，保持液流方向與氣流方向成20～60°，于15～40℃和相對濕度為60％-85％時(shí)噴吹出直徑在2～8μm的光亮無渣球的纖維原絲；(5)纖維原絲在80-120℃下干燥30分鐘，然后在200-400℃的低溫下，于水蒸氣和空氣或氮?dú)鈿夥罩刑幚?0-40分鐘，最后在氧化性氣氛中，于900-1400℃的高溫下焙燒并恒溫一段時(shí)間，得到硅改性多晶釔鋁石榴石纖維。
采用原子吸收光譜來測定產(chǎn)物的Y、Al的摩爾數(shù)。
上述的有機(jī)酸可以是甲酸、冰乙酸、乙二酸或檸檬酸，其中以冰乙酸效果最佳。。
上述的無機(jī)釔鹽可以是硝酸釔或氯酸釔。
上述的金屬鋁是純度為98.5～99.99％的鋁粉、鋁?；蜾X片。
上述的有機(jī)硅是正硅酸乙酯或DABCORDC5604牌號(hào)的有機(jī)硅。
上述的水溶性有機(jī)高分子聚合物可以是聚乙烯醇、聚氧化乙烯或聚乙二醇等直鏈聚羥基類有機(jī)聚合物，其中以分子量在30-60萬的聚氧化乙烯作助紡劑效果最佳。
上述的消泡劑是C2～C6醇。
上所述的紡絲液的粘度最好是3-10泊。
本發(fā)明與現(xiàn)有的制備方法相比具有如下優(yōu)點(diǎn)有機(jī)硅的加入抑制了鋁酸釔晶粒的長大，提高了纖維的強(qiáng)度，同時(shí)不影響纖維的晶相結(jié)構(gòu)。本制備方法簡單，強(qiáng)度較高，易于纖維的推廣和應(yīng)用。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1(1)取137.9g分析純Y(NO3)3·6H2O溶于450ml蒸餾水，待完全溶解后倒入加有19.5g純度為99.99％的金屬鋁片的三頸燒瓶中，然后再加入35ml冰乙酸，于100℃攪拌下回流約72小時(shí)，過濾得到無色透明的釔氧鋁溶膠；(2)將15.54g正硅酸乙酯在45℃和不斷攪拌下溶解于62ml乙醇溶劑中，然后加入到上述釔鋁溶膠中，繼續(xù)攪拌，使之充分混合，得到硅改性釔氧鋁溶膠；(3)向硅改性釔氧鋁溶膠中加入分子量為60萬的聚氧化乙烯0.9g，再加入0.3g消泡劑異丁醇，于50℃下加熱濃縮，得到粘度為5泊(20℃)的微黃紡絲液；(4)將上述紡絲液倒入液料罐中，控制氣壓為1Kg/cm2，液壓為).02Kg/cm2，保持液流方向與氣流方向成約30°，于22℃和75％的相對溫度下噴吹出直徑在3-6μm的光亮無渣球的凝膠纖維；(5)將上述凝膠纖維首先在100℃和200℃分別脫去物理吸附水，然后在200-380℃間分別以0.3ml/min和60ml/min的流速通入預(yù)熱的水蒸汽和空氣，并于380℃恒溫30分鐘，最后于空氣中以3℃/min升溫速率加熱到1000℃下焙燒兩小時(shí)，得到硅改性多晶釔鋁石榴石纖維。
實(shí)施例2將9.32g正硅酸乙酯和37ml乙醇溶劑在25℃和不斷攪拌下充分混合后，加入到實(shí)施例1制得的釔-鋁溶膠中，其余同實(shí)施例1。將該凝膠纖維在200℃以下加熱脫水，然后于200-400℃間通入水蒸汽和氮?dú)猓淞魉俜謩e為0.25ml/min和58ml/min，并在400℃下恒溫20min，最后以3.5℃/min的升溫速率加熱到900℃，并恒溫6小時(shí)，得到硅改性的多晶釔鋁石榴石纖維。
實(shí)施例3向?qū)嵤├?制得的硅改性釔氧鋁溶膠中加入分子量為60萬的聚氧化乙烯1.8g及0.6g異丁醇，然后按實(shí)施例1相同的方法處理纖維，但高溫焙燒溫度為1000℃，得到均勻柔軟的硅改性的多晶釔鋁石榴石纖維。
實(shí)施例4將18.46g DABCORDC5604有機(jī)硅和55ml乙醇溶劑在60℃和不斷攪拌下充分混合后，加入到實(shí)施例1得到的釔氧鋁溶膠中，其余同實(shí)施例1。將該凝膠纖維在200℃以下加熱脫水，然后于200-400℃間通入水蒸氣和氮?dú)?，其流速分別為0.30ml/min和58ml/min，并在3800℃下恒溫20min，最后以3.5℃/min的升溫速度加熱到1200℃，并恒溫2小時(shí)，得到硅改性多晶釔鋁石榴石纖維。
實(shí)施例5(1)取109.4.9g分析純YCl3·6H2O溶于450ml蒸餾水，待完全溶解后倒入加有25g純度為99.99％的金屬鋁片的三頸燒瓶中，然后再加入35ml冰乙酸，于100℃攪拌下回流約49小時(shí)，過濾得到無色透明的釔鋁溶液；(2)將18.46g正硅酸乙酯在45℃不斷攪拌下溶解于74ml乙醇溶劑中，然后加入到上述釔氧鋁溶膠中，繼續(xù)攪拌，使之充分混合；其余同實(shí)施例1，最終得到硅改性多晶釔鋁石榴石纖維。
權(quán)利要求
1.一種硅改性多晶釔鋁石榴石纖維的制備方法，其特征在于步驟如下(1)將六水合硝酸釔或氯化釔、金屬鋁、水和有機(jī)酸，在不斷攪拌下按摩爾比為有機(jī)酸∶水∶金屬鋁∶釔離子＝1.0～3.5∶25～120∶3～3.5∶1，混合后于80～100℃回流45～120小時(shí)，當(dāng)溶液中Y/Al摩爾比達(dá)到3∶5時(shí)，停止反應(yīng)，過濾，即制得釔氧鋁溶液；(2)將有機(jī)硅按乙醇∶有機(jī)硅＝1-4ml∶1g的比例溶解于乙醇中，并充分?jǐn)嚢杌旌希缓蟀碨i/Y摩爾比0.13-0.2的量將其加入到釔氧鋁溶膠中，并在低于60℃的溫度下繼續(xù)攪拌，得到硅改性釔氧鋁溶膠；(3)以釔鋁石榴石固體含量為基準(zhǔn)，向步驟(2)得到的釔鋁溶膠中加入0.5-5wt％的水溶性有機(jī)高分子聚合物，再加入1-5wt％的消泡劑，在50℃下加熱濃縮，得到粘度為1-20泊的紡絲原液；(4)將上述紡絲液倒入液料罐中，控制氣壓為0.02～0.3Mpa，液壓為0.01～0.1Mpa，保持液流方向與氣流方向成20～60°，于15～40℃和相對濕度為60％-85％時(shí)噴吹出直徑在2～8μm的光亮無渣球的纖維原絲；(5)纖維原絲在80-120℃下干燥30分鐘，然后在200-400℃的低溫下，于水蒸氣和空氣或氮?dú)鈿夥罩刑幚?0-40分鐘，最后在氧化性氣氛中，于900-1400℃的高溫下焙燒并恒溫一段時(shí)間，得到硅改性多晶釔鋁石榴石纖維。
2.如權(quán)利要求1所述的一種硅改性多晶釔鋁石榴石釔纖的制備方法，其特征在于所述的有機(jī)酸是甲酸、冰乙酸、乙二酸或檸檬酸。
3.如權(quán)利要求1所述的一種硅改性多晶釔鋁石榴石釔纖的制備方法，其特征在于所述的有機(jī)硅是正硅酸乙酯或DABCORDC5604牌號(hào)的有機(jī)硅。
4.如權(quán)利要求1所述的一種多晶硅改性多晶釔鋁石榴石釔纖的制備方法，其特征在于所述的金屬鋁是純度為98.5～99.99％的鋁粉、鋁?；蜾X片。
5.如權(quán)利要求1所述的一種多晶硅改性多晶釔鋁石榴石釔纖的制備方法，其特征在于所述的水溶性有機(jī)高分子聚合物是聚乙烯醇、聚氧化乙烯或聚乙二醇。
6.如權(quán)利要求1所述的一種多晶硅改性多晶釔鋁石榴石釔纖的制備方法，其特征在于所述的消泡劑是C2～C6醇。
7.如權(quán)利要求1所述的一種多晶硅改性多晶釔鋁石榴石纖維的制備方法，其特征在于所述的紡絲液粘度是3-10泊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種硅改性多晶鋁酸釔纖維的制備方法，采用無機(jī)釔鹽和鋁為基本原料，以水作溶劑，在一定量有機(jī)酸的催化下，制得均勻穩(wěn)定的釔氧鋁溶膠，然后將有機(jī)硅的醇溶液加入到該溶膠中，再加入適當(dāng)高分子助紡劑并濃縮成具有一定流變性能的紡絲原液，最后經(jīng)噴吹法得到凝膠纖維。凝膠纖維經(jīng)低溫干燥、中溫水、熱處理和高溫焙燒，最終制得多晶鋁酸釔纖維。該方法原料價(jià)廉易得，紡絲液配制及纖維噴吹工藝簡單，制得的纖維無渣球，直徑均勻且柔軟亮澤。
文檔編號(hào)D01F9/08GK1418992SQ0114058
公開日2003年5月21日 申請日期2001年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月14日
發(fā)明者王心葵, 董文生, 王浩靜, 路清梅 申請人:中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所