透析耐火陶瓷纤维及应用发展

透析耐火陶瓷纤维及应用发展

刘潇

(湖北十堰市神风化工材料公司，十堰 442000)

耐火陶瓷纤维材料是一种轻质、高效的保温绝热材料，与传统的绝热材料相比，它具有以下优势：陶瓷纤维作炉衬体积密度低;陶纤炉衬比轻质隔热砖炉衬轻75%以上，比轻质浇注料炉衬轻90%～95%。如采用纤维炉衬可大大减轻窑炉的钢结构负荷，延长炉体使用寿命。陶瓷纤维作炉衬热容量(蓄热量)低：陶瓷纤维的热容量仅为轻质耐热衬里和轻质浇注料衬里的1/10左右，而炉衬材料的热容量与炉衬的重量成正比。低热容量意味着窑炉在往复操作中吸收的热量少，同时升温的速度加快，大大减少了炉温操作控制中的能源耗量，尤其对加热炉的启炉、停炉起到非常显著的节能效果。随着应用技术的提高，陶瓷纤维还在不断拓展新的应用领域，目前由于全球能源价格的不断上涨、节能已成为中国国家战略的背景下，比隔热砖与浇筑料等传统耐材节能达10%～30%的陶瓷纤维在我国得到了更多更广的应用，发展前景十分看好。

1陶瓷纤维的产品优势及其发展变迁

陶瓷纤维最早出现在1941年，美国巴布、维尔考克斯公司用天然高岭土，用电弧炉熔融喷吹成纤维。20世纪40年代后期，美国两家公司生产硅酸铝系列纤维，并首次应用于航空工业；20世纪60年代，美国研制出多种陶瓷纤维制品，并用于工业窑炉壁衬。20世纪70年代，陶瓷纤维在我国开始生产使用，其应用技术在20世纪80年代得到迅速推广，但主要适用温度范围在1000℃以下，应用技术相对简单落后。进入20世纪90年代以后，随着含锆纤维和多晶氧化铝纤维的推广应用，使用温度提高到1000～1400℃，但由于产品质量缺陷和应用技术的落后，应用领域和应用方式都受到局限。如多晶氧化铝纤维不能制做成纤维毯，产品规格单一，以散棉、纤维块为主，虽然使用温度有所提高，但是强度很差，限制了使用范围，也缩短了使用寿命。

陶瓷纤维炉衬当平均温度在400℃时，导热系数小于0.11W/m•K；当平均温度在600℃时，导热系数小于0.2W/m•K；当平均温度在1000℃时，导热系数小于0.28W/m•K。导热系数约为轻质粘土砖的1/8，为轻质耐热衬里(浇注料)的1/10，绝热效果十分显著。

陶瓷纤维炉衬的热敏性要远远好于常规耐火材料炉衬，目前加热炉一般使用微机控制，纤维炉衬的高热敏性更适应工业窑炉的自动化控制。施工过程无需留设膨胀缝，施工技术因素对炉衬绝热效果的影响小。纤维毯及模块具有柔性和弹性，对剧烈的温度波动和机械震动具有特别优良的抵抗性能。在被加热体能承受的前提下，纤维折叠模块炉衬可以较快的速度加热或冷却而且不易破损。炉衬施工完毕即可投入使用，无需经烘炉程序。陶瓷纤维能降低频率小于1000Hz的高频噪声，对小于3000Hz的声波，隔音能力优于常用隔音材料，能显著降低噪声污染。

陶瓷纤维属中性偏酸性材料，除与强酸碱反应外，不被其他弱酸、碱及水、油、蒸汽侵蚀，与铅、铝、铜不浸润。随着耐火纤维生产技术及应用技术的发展，耐火陶纤制品已经实现了系列化与功能化。产品在使用温度上，可以满足从600～1600℃不同温度档次的使用要求；在形态上，已经逐渐形成了从传统的棉、毯、毡产品到纤维模块、板、异型件、纸、纤维纺织品；从纤维棉到纤维喷涂、可塑料、浇注料等多种形态的二次加工或深加工产品，完全满足各行业不同工业炉对耐火陶瓷纤维制品的使用要求。目前国内陶瓷纤维已在电力、冶金、石油、化工、电子、船舶、交通运输、房屋建筑及一些轻工业部门得到广泛的应用，并用于宇航及原子能等尖端科学技术领域。国外一些大的陶瓷纤维企业成功开发并批量生产用于特殊应用领域的多晶氧化锆纤维、氮化硅纤维、碳化硅纤维、硼化物纤维等新产品，如美国杜邦公司生产的多晶氧化铝长纤维，含有99.9%多晶α-Al2O3，纤维直径为20μm，主要用于制造纺织物。由碳化硅纤维增强的金属基(钛基)复合材料、陶瓷基复合材料已用于制造航天飞机部件、高性能发动机等耐高温结构材料，是21世纪航空航天及其他高技术领域的新材料。

近10年来，一些大的陶瓷纤维生产企业为了增强抗风险的能力,纷纷组建集团,并进行了内部结构调整.淘汰了一些落后的工艺与设备及生产线,在产品结构上作了较大的调整,大幅度压缩了在国际市场上竞争力较差的普通硅酸铝纤维产品,扩大了高纯硅酸铝纤维、含铬纤维、含锆纤维、多晶氧化铝纤维和多晶莫来石纤维等产品的生产能力。同时,一些大的陶瓷纤维企业开发成功并批量生产用于特殊应用领域的多晶氧化锆纤维、氮化硅纤维、碳化硅纤维、硼化物纤维等新产品,如美国DuPont(杜邦)公司生产的多晶氧化铝长纤维(商品名为FP纤维),含有99.9%多晶α-Al2O3,纤维直径为20μm,主要用于制造纺织物。随着科学技术的发展,先进的复合材料已研制开发成功,其增强体主要是连续长纤维和晶须,其中碳化硅纤维与晶须在复合材料中应用最广,由碳化硅纤维增强的金属基(钛基)复合材料、陶瓷基复合材料已用于制造航天飞机部件、高性能发动机等耐高温结构材料,是21世纪航空航天及高技术领域的新材料。

2国内外厂家竞相开发陶瓷纤维新品种扩大应用范围

陶瓷纤维是一种集传统绝热材料、耐火材料优良性能于一体的纤维状轻质耐火材料。其产品涉及各领域,广泛应用于各工业部门,是提高工业窑炉、加热装置等热设备热工性能,实现结构轻型化和节能的基础材料。目前在国外陶瓷纤维的应用带来了十分显著的经济效益,导致陶瓷纤维的应用范围日益扩大,一些主要工业发达国家的陶瓷纤维产量继续保持持续增长的发展势头,其中尤以玻璃态硅酸铝纤维的发展最为迅速。同时,随着陶瓷纤维应用范围的不断扩大,导致陶瓷纤维制品的生产结构随之发生重大改变。陶瓷纤维深加工制品(如纤维绳、布等纤维制品)、纤维纸、纤维浇注料、可塑料、涂抹料等纤维不定形材料的产量大幅度增长,接近于陶瓷纤维产量的15%。陶瓷纤维新品种的开发生产和应用,大大促进了陶瓷纤维的应用技术和施工方法的发展。

报载，近几年日本开发生产出军用发动机用新型陶瓷纤维复合材料，如日本三菱株式会社为战斗机用发动机和火箭发动机研制了陶瓷纤维复合材料，该复合材料是将10μm的陶瓷纤维编织成三维结构，涂以一种玻璃状的物质，这种陶瓷纤维耐热，但易断裂，将其制成复合材料，可提高其强度。碳纤维复合材料通常用于飞机及火箭箭体，但很少用于发动机，因为它大约只能用于300℃，所以一般用镍基合金，而新的陶瓷纤维复合材料的耐高温性比碳纤维复合材料好，而又比镍基合金轻50%，该公司已在日本防卫厅的战斗机用发动机喷管上进行了外场试验，并在火箭发动机上成功制造了一个原型件，该公司2005年还在火箭发动机上实现了工程应用。

美国和加拿大是陶瓷纤维的生产大国,年产量达到了10万吨左右,约占世界耐火纤维年总产量的1/3。欧洲的陶瓷纤维产量位于第三,年产量达到6万吨左右。在年产30万吨的陶瓷纤维中,各种制品的比例大致为:毯和纤维模块45%;真空成型板、毡及异形制品25%;散状纤维棉15%:纤维绳、布等织品6%;纤维不定形材料6%:纤维纸3%。

陶瓷纤维制品的应用领域主要是加工工业和热处理工业(工业窑炉、热处理设备及其它热工设备),其消耗量约占40%,其次是钢铁工业,其消耗量约占25%。国外在提高陶瓷纤维产量的同时,注意研制开发新品种,除1000型、1260型、1400型、1600型及混配纤维等典型陶瓷纤维制品外,近年来在熔体的化学组分中添加ZrO2、Cr2O3等成分,从而使陶瓷纤维制品的最高使用温度提高到1300℃。此外,有些生产企业还在熔体的化学组分中添加CaO，MgO等成分,研制开发成功多种新产品。如可溶性陶瓷纤维含62%～75%Al2O3的高强陶瓷纤维及耐高温陶瓷纺织纤维等。

钢铁工业属原材料工业是国民经济的基础，社会发展的重要支柱。钢铁工业的发展有赖于耐火材料工业技术的进步，特别是近几年来，新型隔热耐火材料——陶瓷纤维的技术进步，为冶金新技术的应用提供了强有力的保障。陶瓷纤维的适用范围覆盖了950～1600℃的高温工业窑炉、加热装置及高温管道，并成为应用领域的高效节能材料。陶瓷纤维在国内冶金行业的需求量大约在25000t/年。由于陶瓷纤维在冶金行业中应用的层面和领域逐步深化和扩大，所以，它已经为业内人士所普遍认可。在冶金行业发展过程所面临的挑战中，调整产品的结构，需要大量改造现有的生产装备，这拉动了陶瓷纤维需求量的提高；降低能耗，需要不断加大低导热系数耐火材料的应用力度，陶瓷纤维的导热系数仅是传统重质耐火材料的四分之一，这就使陶瓷纤维需求量不断攀升；而提高生产装备的科技含量则更要求大量使用陶瓷纤维材料，以提高窑炉衬里的科技含量和炉体轻型化水平。可以预见，随着我国冶金行业的快速发展，陶瓷纤维的制造、销售与应用必将迎来一个前所未有的高峰，陶瓷纤维的产品研发与应用必将迎来一个前所未有的高峰，陶瓷纤维的产品研发与应用技术水平也将会有更大的飞跃。目前我国陶瓷纤维已处于持续调整发展的阶段，陶瓷纤维的生产工艺与设备，尤其是干法针刺毯的生产工艺与设备具有世界先进水平，含铬、含锆硅酸铝纤维板，多晶氧化铝纤维，多晶莫末石纤维及混配纤维制品等新型陶瓷纤维与制品相继开发成功，并投放了工业化生产，使纤维状轻质耐火材料构成了完整的系列产品。

陶瓷纤维应用范围的不断扩大，致使高强度、抗风蚀硬性纤维壁衬应用日益普及。同时，陶瓷纤维生产技术的发展，也大大推动了陶瓷纤维的应用技术和施工方法的发展。

3我国陶瓷纤维研发的进展

我国陶瓷纤维生产起步较晚,在20世纪70年代初期,才先后在北京耐火材料厂和上海耐火材料厂研制成功并投入批量生产。其后10余年主要以“电弧炉熔融、一次风喷吹成纤、湿法手工制毡”的工艺生产陶瓷纤维制品,工艺落后,产品单一。自1984年首钢公司耐火材料厂从美国CE公司引进电阻法甩丝成纤陶瓷纤维针刺毯生产线后.至1987年,又有河南陕县电器厂、广东高明硅酸铝纤维厂和贵阳耐火材料厂分别从美国BW公司和Ferro公司引进了3条不同规模、不同成纤方法的陶瓷纤维针刺毯生产线及真空成型技术,从此改变了我国陶瓷纤维生产工艺、生产设备落后和产品单一的面貌。自1986年开始.我国通过对引进的陶瓷纤维生产设备和工艺消化、吸收,并结合国情研制、设计建成了不同类型的电阻法甩丝(或喷吹)成纤干法针刺毯生产线82条,安装在45家企业内。年产量已达到10万t以上,成为世界最大的生产国。产品品种多样化.除批量生产低温型、标准型、高纯型、高铝型等多种陶瓷纤维针刺毯及超轻质树脂干法毡(板)外，还可生产14%～17%ZrO2的合锆纤维毯。其使用温度可达1300℃以上。

20世纪80年代末期,日本直井机织公司、车铁及英特莱等机织品公司相继在北京投资建成了陶瓷纤维纺织品专业生产企业,并批量生产陶瓷纤维布、带、扭绳、套管、方盘根等陶瓷纤维纺织品,纤维织品生产所需的散状纤维棉及工艺装备均已实现了国产化。90年代初,北京、上海、辽宁鞍山、山东、河南三门峡等地先后从美国、法国、日本等国引进了陶瓷纤维的喷涂技术和设备;并在冶金、石化部门工业窑炉上应用了陶瓷纤维喷涂炉衬,节省了能耗,取得了良好的经济效益,现已得到了普遍推广,并在冶金、石化和机械等部门工业炉和加热装置中的应用取得了成功的经验。与陶瓷纤维喷涂技术同步发展的陶瓷纤维浇注料、可塑料、涂抹料等纤维不定形材料,不仅已建有国内生产企业,而且已在各类工业窑炉、加热装置和高温管道上推广应用。

与陶瓷纤维喷涂技术同步发展的陶瓷纤维浇注料、可塑料、涂抹料等纤维不定形材料,不仅已建有国内生产企业,而且已在各类工业窑炉、加热装置和高温管道上推广应用。我国目前陶瓷纤维已处于持续调整发展的阶段,陶瓷纤维的生产工艺与设备,尤其是干法针刺毯的生产工艺与设备具有世界先进的含铬、含锆硅酸铝纤维板,多晶氧化铝纤维,多晶莫耒石纤维及混配纤维制品等新型陶瓷纤维与制品相继开发成功,并投放了工业化生产,使纤维状轻质耐火材料构成了完整的系列产品。陶瓷纤维应用范围的不断扩大,致使高强度、抗风蚀硬性纤维壁衬应用日益普及。同时,陶瓷纤维生产技术的发展,也大大推动了陶瓷纤维的应用技术和施工方法的发展。

陶瓷纤维模块是为了简化和加快窑炉施工、提高炉衬整体性而推出的新型耐火炉衬制品。陶瓷纤维模块颜色洁白、尺寸规整，能直接固定于工业窑炉炉壳钢板锚固钉上，具有良好的耐火隔热效果，提高了窑炉耐火隔热的整体性，推动了窑炉砌筑技术的进步分类温度1050～1400℃。陶瓷纤维模块处于预压状态，在炉衬砌筑完毕后，陶瓷纤维模块的膨胀使炉衬无缝隙，并可补偿纤维炉衬收缩，以提高纤维炉衬的绝热性能，整体性能好；优良的热稳定性及抗热震性；陶瓷纤维模块安装迅速，并且锚固件设置于壁衬冷面，可降低锚固件材质的要求。应用于陶瓷、玻璃等建材行业窑炉的炉衬绝热；热处理行业的热处理炉的炉衬绝热；其他工业窑炉炉衬。

随着国家节能减排计划的推进，烧砖隧道窑的改造迫在眉睫，陶瓷纤维模块在烧砖隧道窑吊顶方面以其卓越的保温性能受到用户青睐。模块，包括折叠块、切片块、派洛块、真空成型块。由于多晶莫来石纤维制作方法及晶向结构不同，其纤维长度较短且柔软性差。无法制作成大模块，导致多晶纤维无法大规模应用。现在多晶纤维多使用在浇注料或耐火砖炉墙、炉顶内表面贴块，使用多晶纤维贴块可有效降低炉外壁温度同时减少炉墙蓄热损失。目前国内陶瓷纤维制造厂家使用的模块形式多为折叠块，该结构使用针刺毯进行折叠，成型时使用机械设备对模块进行预压。由于折叠块制作方法导致表面凹凸不平影响抗冲刷涂料喷涂的效果。切片块就是在此基础之上改进而来，其制作方法与折叠块相同，只是在成型后将纤维毯折叠处切去使模块表面平整。

陶瓷纤维新品种的开发生产和应用,大大促进了陶瓷纤维的应用技术和施工方法的发展。含锆纤维是用熔融法生产的一种用途广泛、成本较低的硅酸铝纤维，可大量用作砌筑各种热工窑炉的热面全纤维炉衬，目前国内产品在这方面的质量和应用开发还相对落后，现在国外出现了含铬纤维，使用温度比含锆纤维更高，国内还没有这方面的报道。

4陶瓷纤维的制造工艺及应用前景

陶瓷纤维的制法有三种：即抽丝法、吹丝法和纺丝法。陶瓷纤维纸中的陶瓷纤维常用的是吹丝法。吹丝法是将熔融状的混合原料，在惰性气体的压力下以细流状态喷向高速旋转的圆盘之周边表面。在圆盘高速转动的拉力下，将其纺成细丝缠绕在圆盘上，而得到几微米的陶瓷纤维。

用于抄造陶瓷纤维纸的陶瓷纤维，必须经过净化处理把不合格的非纤维状的陶瓷颗粒除去。然后采用打浆机对其纤维长度进行适当调整，务必使纤维的长宽比等于10以上。在流送过程中应保持陶瓷纤维呈悬浮、分散状态。可在常规的长网、圆网、斜网等造纸机上抄造完成。

根据产品的用途，抄造陶瓷纤维纸前可向浆料中加入黏合剂，也可不加。不过为了满足工业生产所需求的强度，目前生产的陶瓷纤维纸中均已加入高温黏合剂。

陶瓷纤维广泛应用于各类热工窑炉的绝热耐高温材料，由于其容重大大低于其他耐火材料，因而蓄热很小，隔热效果明显，作为炉衬材料可大大降低热工窑炉的能源损耗，在节能方面为热工窑炉带来了一场革命。另一方面它的应用技术和方法对热工窑炉的砌筑同样带来了一场革命。目前,“电阻法喷吹成纤、干法针刺制毯”和“电阻法甩丝成纤、干法针刺制毯”仍为国际上陶瓷纤维生产的两种典型的工艺技术。由于陶瓷纤维的应用范围越来越扩大,以及随着高新技术的发展,要求陶瓷纤维产品向功能性方向发展,以满足特定领域内所需的专用功能性产品,如使产品具有优良的耐高温性能、机械力学性能、柔韧性能和可纺性能等。在制造方法方面,熔融法与化学法同时并存且同步发展,以适应不同品种用途的需要。熔融法常用于生产非晶质纤维,其技术含量低,生产成本低,产品的应用量大面广,主要用于工业窑炉、加热装置耐火、隔热应用领域中的基础材料。化学法用于生产多晶晶质纤维,该法技术含量高,生产成本也高,附加值高,但产品仍较少,主要用于1300℃以上高温工业窑炉的耐火隔热及航天、航空、核能等尖端技术领域。

各种陶瓷纤维模块是采用具有优良性能的对应材质的纤维针刺毯按纤维组块结构、尺寸、由专业技工，用组块加工专用设备制作而成，为保证壁衬砌筑完成后组块之间相互挤压形成无缝隙紧密的保温整体。在制作过程中均保持一定压缩量，产品配套锚固系统可与窑炉壳体牢固连接、尺寸精确、安装简便。加快了炉衬施工速度，减轻窑炉重量，大幅度提高窑炉耐火绝热性能。

陶瓷膜与有机聚合物膜相比，具有许多独特的优点，如耐高温、耐化学腐蚀、机械强度高、孔径均匀分布窄、微观结构可控、使用寿命长等，因而可满足特别苛刻的使用要求，在石油化工、化学工业、冶金工业、食品工业、环境工程、新能源等领域有着广泛的应用前景，正日益受到重视。但实用的陶瓷膜一般为非对称结构，膜制备工艺过程复杂，制造周期长，成本高。另外，商品化陶瓷膜一般采用多通道管式构型，膜管壁厚，膜的装填密度低，导致单位体积有效过滤面积小和分离效率低。近年来，新型中空纤维构型陶瓷膜受到广泛关注，中空纤维陶瓷膜除具有传统的陶瓷膜本身优点以外，还具有装填密度大、单位体积膜有效分离面积大、膜壁薄、渗透通量高和节省原料、易于实现分离设备小型化等优点。新型中空纤维构型陶瓷膜的应用可望大大提高陶瓷膜分离性能。中空纤维陶瓷膜由于其独特的性能和结构特点，在用于废水(气)处理的无机分离膜、固体氧化物陶瓷膜燃料电池、微通道反应器、催化剂载体等领域的应用正受到越来越多的关注。新型中空纤维陶瓷膜由于具有装填密度大、单位体积膜有效分离面积大、膜壁薄、渗透通量高和节省原料等独特优点而受到广泛关注，在用于多孔和致密陶瓷分离膜、固体氧化物燃料电池、微通道反应器、催化剂载体等方面都有着潜在的应用前景。在概括中空纤维陶瓷膜特点的基础上，综述了中空纤维陶瓷膜的制备方法研究进展，着重分析比较了不同制备方法的优缺点。将相转化法应用于中空纤维陶瓷膜的制备，可实现通过一步成型制造具有自支撑非对称结构的复合陶瓷膜，有利于提高膜的渗透通量、简化膜制备工艺和显著降低制造成本。

新型中空纤维陶瓷膜除具有陶瓷膜本身优点以外，与传统多通道或平板构型的膜相比，还具有以下突出优点：装填密度高，单位体积膜有效过滤面积非常大，易于实现分离设备小型化。中空纤维陶瓷膜分离效率将比传统构型陶瓷膜有显著提高。中空纤维膜管壁薄，因而可减小膜渗透阻力和缩短渗透路径，提高流体渗透通量。此外，膜壁厚度远小于传统的管式和平板陶瓷膜，可大大节省微粉原料。中空纤维膜可根据实际应用需要采取内压式或外压式两种不同过滤方式。

模板法是以有机聚合物中空纤维或活化碳纤维为模板，先将经过预处理的模板浸入预先制备的稳定氧化物先驱体溶胶中，通过浸渍涂覆法，在纤维模板表面形成一层凝胶层，然后经干燥和高温烧成获得中空纤维陶瓷膜。采用有机模板法制备中空纤维陶瓷膜时，根据模板微观结构的不同，可形成对称或非对称结构中空纤维陶瓷膜。可以预见，非对称结构的形成将有助于降低膜的渗透阻力和提高膜渗透性。但模板法制备中空纤维陶瓷膜，需要预先采用金属醇盐制备稳定的聚合物溶胶，并往往需要经多次涂覆才能获得合适厚度的凝胶层，工艺过程复杂，制备的膜易开裂和变形，不适合大规模生产，主要用于实验室中空纤维膜制备。

陶瓷纤维产品质量主要取决于原料的质量,一些工业发达国家的陶瓷纤维生产企业都是以高纯度合成粉料为原料,使熔融法生产的非晶质纤维化学组成中的Fe2O3，Na2O，CaO等有害杂质含量低于1%,从而提高了纤维板的质量和耐热性能。一般是对现有的工艺设备和生产工艺进行改造与完善,生产功能性产品,扩大应用领域。新产品的开发主要有:晶质氧化铝连续长纤维、复合材料生产用的新型纤维增强体和纳米结构晶质氧化铝连续长纤维的开发等。

近些年，由于能源价格不断上涨，燃料成本将会成为扼制陶瓷业发展的瓶颈，节能愈加重要。人们对窑炉热损失愈来愈关心，有的直接在原有耐火内衬表面加贴一层耐火陶瓷纤维以提高热效率。在加贴前必须将窑壁上明显的裂纹或剥落部位修复好。不过隔热耐火砖与耐火纤维也不能任意滥用。迄今为止如碱性吹氧炼钢炉、水泥回转窑等内衬，由于高温化学侵蚀严重，都暂时不能用纤维作内衬。对于连续加热设备如陶瓷隧道窑，早已实现了采用耐火陶瓷纤维用作连续加热设备的内衬。据报道，快速推板窑与隧道窑中采用耐火陶瓷纤维节能效果都很显著。尤其是超高温加热，如烧成温度在1538～1649℃的窑炉中，采用耐火纤维的节能效果最佳。目前，欧美及日本的陶瓷窑炉设备全部采用陶瓷纤维内衬。不久前日本将燃气隧道窑分解为诸如车厢结构进行分节制造、然后再运抵瓷厂施工现场组装，这一切都是由于采用陶瓷纤维材料，大大节省了窑炉造价，更简便的缘故。从材质改型方面推进陶瓷纤维制品节能效果的研究也正在进行中。

陶瓷纤维虽然为高温工业领域的绝热耐火起着重要作用,但也存在很大的生产弊端,尤其是它具有可吸入性，对环境及人体有一定的危害，国外一些企业加强了对非晶质陶瓷纤维的限制使用。目前,一种生物溶解性非晶质陶瓷纤维在绝热耐火材料市场出现,这种超级纤维属无污染的环境友好型材料。陶瓷纤维最初是作为耐火保温材料而发展起来的。由于其纤细的形状,逐渐作为过滤材料而得到新的应用,陶瓷纤维过滤器依赖于陶瓷纤维的发展和应用。高温烟气净化已成为材料、冶金、化工、电力等行业实现“节能减排”的一个重要技术攻关课题。许多工业烟气属于高温烟气,如冶炼、焚烧、火力发电、燃煤锅炉、工业炉窑、余热回收利用等。采用传统的布袋除尘器净化高温烟尘,通常要将烟气冷却至250℃以下并控制在露点温度以上。因此,采取降温方法净化高温烟气势必造成设备、运行费用增加和热能浪费。

陶瓷纤维作为过滤器普遍强度较低,发展低成本高强度的连续纤维增强陶瓷纤维过滤器是今后的发展方向。陶瓷纤维过滤器由于其优良的特性将会在高温烟气过滤等方面发挥越来越重要的作用,具有脱硫、脱硝、烟气催化转化等功能的陶瓷纤维过滤材料将是热气体净化材料的发展方向。陶瓷纤维过滤在我国高温烟气净化方面还没有起步,但近几年来的应用情况表明,在世界范围内陶瓷过滤器用量呈现出高增长趋势。陶瓷过滤器最突出的应用是燃煤发电领域的烟尘净化。最大限度地提高发电效率和减少对大气造成的污染已成为世界各国,特别是中国这样一个燃煤大国的主要任务。通过循环流化床(CFBC)发电、煤气化(IGCC)发电及其组合式发电,可以大大提高发电效率,达到节能减排的目的。煤气化发电不同于传统的蒸气机发电过程。它是将煤加热气化后,在煤气进入燃气式发电机之前,需要净化到高纯度。大多数发电厂将进入气燃机的允许含尘浓度限制在5mg/m3以下,理论上最好低于1mg/m2。除尘系统的工作温度常在350～1000℃、压力为1～2.5MPa。因此,要在如此高温、高压下达到如此高的净化效果,陶瓷过滤器必然成为第一选择。可以预见,为实现节能减排的目标,高温烟气陶瓷过滤技术在中国的推广应用已为期不远。新型陶瓷纤维是近年发展起来的高技术功能纤维。除了防紫外线纤维、蓄热保温纤维和抗菌防臭纤维外，还有防中子纤维、导电纤维、磁性纤维等，陶瓷微粉在纤维中的应用范围也十分广阔。

5结语

总之，陶瓷纤维是一种性能优异、纤维状轻质的新型绝热节能材料，广泛应用于工业、民用及国防领域的耐高温、绝热部位。随着各国对节能的重视，陶瓷纤维得到了很好的应用和快速发展。并且陶瓷纤维替代其他绝热材料的空间也是十分巨大。预计未来几年我国陶瓷纤维产量年复合增长率在30%以上。随着对功能性整理织物要求的不断提高，以及新型陶瓷微粉材料研究开发的不断深入，开发陶瓷纤维将会有良好的发展前途和广阔的应用前景。

doi:10.16253/j.cnki.37-1226/tq.2015.05.008