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氧化铝纤维

氧化铝纤维有长纤、短纤、晶须等多种形式,最高使用温度为1100~1400℃。通常含有少量的二氧化硅、氧化硼和氧化镁等组分。与碳纤维、金属纤维等无机纤维比较,氧化铝纤维具有高强高模、热膨胀系数低、抗震性好、耐高温氧化等优点,在军工、航天航空领域具有重要的应用价值,美国等发达国家已将其作为航空、航天飞行器和民用汽车工业中先进发动机组件制备极具发展潜力的候选材料之一。

1974年,英国ICI公司采用卜内门法生产氧化铝短纤维,商品名为Saffil纤维,生产的多晶纤维使用温度可达1600℃。商业化的氧化铝短纤都是采用溶胶-凝胶方法结合喷吹或离心成纤工艺制备的。1974年,美国3M公司成功开发连续氧化铝基纤维——Nextel 312纤维。并在其基础上,开发出了一系列连续氧化铝基纤维产品,Nextel系列纤维已成为世界上最重要的连续氧化铝纤维。其他商品化的连续氧化铝基纤维还包括日本住友(Sumitomo)公司的Altex纤维、三菱矿产(Mitsui Mining)的Almax纤维和日本霓佳斯(Nichias)Rublion系列纤维。商品化的氧化铝长纤维一般采用溶胶-凝胶结合干法成纤工艺制备。瘀浆法和有机聚合铝法也曾被用于氧化铝长纤的制备。

单晶α-氧化铝纤维除具有以上多晶氧化铝纤维的优点外,还可克服多晶纤维因晶粒在高温下长大而导致纤维性能下降的问题。单晶氧化铝可以通过气相法生长、熔融抽丝、前驱体法等获得,但对工艺设备等要求苛刻,难于实现工业化生产。 氧化铝短纤维最初是为了代替石棉而研发的,但不久后便作为耐高温绝热材料而得到广泛的应用。1980年,丰田汽车公司首次使用Saffil纤维作为增强体材料制造了汽车用铝活塞,此后Saffil纤维便成为制备轻金属复合材料的重要增强纤维。氧化铝短纤针刺成的针刺毯也用于汽车三元催化的衬垫材料,是已知唯一能满足欧VI排放标准的衬垫材料。美国3M公司将Nextel系列连续氧化铝基纤维按照不同的用途划分为工业用氧化铝纤维和复合材料用纤维两大类。Nextel 312、440和550这3个牌号为工业用氧化铝纤维,用作绝热和防火屏障材料。Nextel 610和720牌号纤维则是为制备金属基、陶瓷基和聚合物基复合材料而设计和开发的,制得的复合材料主要用于制作航空涡轮发动机中的燃烧室、活动喷嘴和排气管等构件,在工业上也可以用来制作高温气体过滤器、高温热交换器、表面燃烧器等。

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