AL₂O₃-SiO₂體系制備莫來石纖維的研究

摘要 本文主要研究了在Al2O3-SiO2體系中，加入MgO、B2O3等組分，采用熔融拉絲工藝制備出了莫來石纖維。通過XRD、DTA、SEM等測試方法對莫來石纖維的微觀結構及其組成進行了研究，結果表明:制備得到的纖維主晶相為莫來石，其組織形態為針狀或棒狀，具有優良的耐腐蝕性和耐火性。

關鍵詞 莫來石纖維，熔融拉絲法

1引言

莫來石(Mullite)為鋁硅酸鹽礦物，具有良好的高溫強度和斷裂韌性，以及熱應力低、抗熱震性好、抗蠕變、耐磨損、體積穩定性好、電絕緣性強等性質，是一種理想的耐高溫陶瓷材料，被廣泛應用于冶金、玻璃、陶瓷、化學、電力、國防、燃氣和水泥等工業[1-3]。雖然莫來石本身的抗熱震性能好，但在常溫工作條件下，普通的莫來石材料本身所具有的韌性差、耐腐蝕性差等弱點就會顯現出來，限制了莫來石材料的應用。本文采用熔融拉絲制備工藝來制取連續的莫來石陶瓷纖維，期望能克服普通莫來石材料的缺點，同時也希望能為實際的生產應用提供一定的參考。

2試驗

2.1 莫來石纖維的制備

按表1所示的氧化物組成進行配料計算，用5003型電子秤準確稱取各原料，并混合均勻。將配好的原料放入氧化鋁坩堝中，在硅鉬棒電阻爐中加熱，具體溫度設定見圖1所示。待原料加熱至1550℃充分熔融后，進行拉絲、備用。

2.2 莫來石纖維試樣的測試分析

將制備得到的纖維在1460℃下保溫15min后，從爐中取出并迅速用涼水急冷，干燥后鑲嵌成金相試樣，用15%氫氟酸腐蝕10min后，用KYKY2800B型掃描電子顯微鏡觀察其組織形貌。

將熱處理后的纖維研磨成細粉，在D8-ADVANCE型X-射線衍射儀上進行晶相分析。試驗條件為:Cu靶、電壓40kV、電流40mA、掃描速度4°/min、掃描范圍10～80°;用ZRY-2P型差熱分析儀測定莫來石樣品的差熱曲線(升溫速度10℃/min，參比樣為煅燒氧化鋁)。

3結果與討論

3.1 SEM分析

圖2為在1550℃下采用熔融拉絲法制備出的莫來石纖維樣品的形貌。從圖中可以看出，纖維的直徑大約為15μm，并且表面非常光滑，拉絲時纖維受力比較均勻，這也從另一方面說明原料熔融較好，適于拉絲。

圖3為莫來石纖維樣品的SEM圖片。從圖中可以看出，莫來石纖維的組織形態呈連續的針狀或柱狀分布，具有一個完整的骨架結構，纖維絲比較細小、均勻。

3.2 XRD分析

圖4為樣品的XRD圖譜。通過與標準莫來石衍射圖對比，兩圖譜吻合得比較好，由此可得出所制備得到的纖維中主晶相即為莫來石，同時含有少量的堇青石相，這主要是由于冷卻速度過慢所導致的。因此，為了在形成莫來石的同時盡量減少堇青石相，就要在冷卻時注意以下操作:快速取出樣品并迅速地冷卻至室溫。這樣做就是為了使樣品還未來得及形成堇青石就已經冷卻下來，提高其中的莫來石含量。

3.3 DTA分析

圖5為樣品的差熱分析圖譜。由DTA圖譜可以看出，樣品在1200℃以內的溫度段沒有明顯的波動，說明這種耐火材料1200℃以內熱力學性質較穩定。

4結論

(1) 在Al2O3-SiO2體系中，加入MgO、B2O3等組分，采用熔融拉絲法制備得到了莫來石纖維。

(2) 制備出的含有莫來石及莫來石纖維的樣品直徑大約為15μm，組織形態呈連續的針狀或柱狀分布，主晶相為莫來石，同時含有少量的堇青石相。

參考文獻

[1] 姚樹玉，陳蘊博，崔洪芝等.第三組分對制備莫來石纖維的

影響[J].無機材料學報，2007，22(3):421.

[2] 孟霞，張旭東，何文等.莫來石超細粉體的研究進展[J].硅酸

鹽通報，2004(5):79.

[3] 陳 冬，陳南春.莫來石的研究進展[J].礦產與地質，2004，18

(101):52.