耐火纤维的制取工艺和生产制造方

耐火纤维的分类
耐火纤维现已广泛应用于各行各业，根据使用要求的不同，产品的物理和化学性能及安装方法也千差万别。其产品分类如下：按材质可分为标准型(1260型)、含锆型(1425型)、含铬型(1425型)、和多晶氧化铝型(1600型)。按形态可分为纤维棉、纤维毯、纤维板、纤维毡、纤维折叠块、组件及纤维纸、绳、布等。
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耐火纤维生产的两种典型的工艺技术。由于耐火纤维的应用范围越来越扩大，以及随着高新技术的发展，要求耐火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。
耐火纤维制造方法
在制造方法方面，熔融法与化学法(胶体法)同时并存且同步发展，以适应不同品种的用途的需要。
(1)熔融法，常用于生产非晶质(玻璃态)纤维(小断面积，短纤维的生产)，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。
(2)化学法，用于生产多晶质纤维，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增强体材料。
玻璃态耐火纤维成纤工艺方法就是采用高温熔融喷吹和离心甩丝法。连续纤维和多晶质耐火纤维其制取方法及工艺比较多，目前各种新的制作方法及工艺仍在试验中，已应用的工艺方法有：
(1)拉丝法(获取连续纤维)，将熔体或纺丝溶胶放入白金或其他材质的坩埚内，利用加热或其他方法，使它具有拉丝时所需的黏度。该液料从坩埚漏板上的小孔中拉出，再经高速拉伸即可获得所需直径的纤维。通过调整黏度、漏板孔的直径和拉丝速度可获得不同直径的纤维。
(2)挤压一拉丝法(获取连续纤维)。将纺丝溶胶放入坩埚内，并施加一定的压力，使溶胶挤过漏板上的小孔，再经高速拉伸可获所需直径的纤维。该法适合制备各种连续耐火纤维的前驱体纤维。
(3)喷吹法(获取短纤维)。将垂直流下的熔体流股，用从水平或成一定角度的喷嘴中，喷射出高速气流或过热蒸汽流，使熔体分裂，牵伸成纤维的工艺方法。一般用于熔点不高的耐火纤维或溶胶制耐火纤维前驱体的制造中。适合制造各种短纤维。
(4)离心甩丝法(获取短纤维)，亦称为多辊离心法。采用3根或4根不同转速和直径的高速旋转辊，借其产生离心力，将落在辊外缘的熔体或溶胶逐级分离、加速甩成纤维。适合于制备短纤维。
1)有机纤维浸渍法。该方法是前驱体法制陶瓷纤维的方法之一。以有机纤维(人工合成或天然有机纤维)作为前驱体，将它放在稀盐酸或乙二胺等溶液中浸泡、膨胀，使有机纤维的非晶态区域膨胀，再置于金属盐的水溶液中，使它进人非晶态的空穴中，经特定条件处理后，盐类分解为氧化物而获得稳定的耐火纤维的工艺方法。
2)无机盐法是前驱体法制陶瓷纤维的方法之一。将无机盐与有机聚合物混合，调配至合适黏度后，再用拉丝或喷吹工艺制成前驱体纤维，在一定的工艺条件下热处理即可制成耐火纤维。
3)无机聚合物前驱体法。聚合物前躯体法是由聚硼氮烷熔融纺丝制成纤维后.进行交联。生产不熔化的纤维，再经裂解制成纤维。
4)泥浆溶液法。前驱体法制陶瓷纤维的方法之一。将陶瓷组分的细颗粒，加入所需的化合物溶液中，制成泥浆，经干法拉丝，热处理后成为陶瓷纤维。
5)化学转化法。制备陶瓷纤维的方法之一。以熔点较低的组分(如玻璃等)，经熔化、拉丝后，再通过物理化学方法处理，使它转化成具有高温特性的耐火纤维。目前有两种方法：浸析法和化学反应法。
①浸析法。制备陶瓷纤维的方法之一。将低熔点玻璃熔化、拉丝成纤后，通过化学浸渍方法，使低温玻纤的化学成分发生变化，即溶出低熔组分保留所需的成分，便可成为具有高熔点性能的耐火纤维，如石英纤维的制备。
②化学反应法。制备陶瓷纤维的方法之一。用低熔点玻璃，经熔化—拉丝成纤后，与一定成分的气相或液相反应而转化为高熔点的耐火纤维，如BN纤维的制备。
耐火纤维制取工艺
化学气相反应(CVR)法是以B2O3为原料，经熔纺制成B2O3纤维，再置于较低的温度和氨气中加热，使B2O3与氨气反应生成硼氨中间化合物，再将这种晶型不稳定的纤维在张力下，进一步在氨气或氨与氮的混合气体中加热至1800℃，使之转化成BN纤维，其强度可高达2.1GPa，模量可达345GPa。
化学气相沉积(CVD)法系由钨芯硼纤维氮化而成。制造时，先将硼纤维加热至560℃进行氧化，再将氧化纤维置于氨中加热至1000—1400℃，反应约6 h后即可制得BN纤维。
Si3N4纤维有两种制法：一是以氯硅烷和六甲基二硅氮烷为起始原料，先合成稳定的氢化聚硅氦烷。经熔融纺丝制成纤维，再经不熔化和烧制而得到Si3N4纤维;二是以吡啶和二氧化硅烷为原料，在惰性气体保护下反应生成白色的固体加成物，再置于氮气中进行氨分解得到全氢聚硅氮烷，再置于烃类有机溶剂中深解配置成纺丝溶液，经干法纺丝制成纤维，然后在惰性气体或氨气中于1100～1200℃温度下进行热处理而得氮化硅纤维。
SiBN3C纤维也是采用聚合物前躯体法生产的，是一种最新的耐火纤维，起始原料为聚硅氨烷，经熔融纺丝、交联、不熔化和裂解后制得纤维。
SiO2纤维是通过与制备高硅氧玻璃纤维相同的工艺制得的，先制成玻璃料块，再进行二次熔化，采用铂金坩埚拉丝炉进行熔融纺丝，温度约1150℃，得到纡维或进一步加工成织物等成品后用热盐酸处理，除掉B2O3HNa2O成分，再进行烧结使纤维中SiO2的质量分数达到95%～100%。另外，还有以SiO2为原料，配制成高黏度的溶胶后进行纺丝，制得前躯体纤维后，再加热至1000℃，便可制得纯度为99.999%的石英纤维。此外，还可用石英棒或管用氢氧焰熔融拉成粗纤维，然后再以恒定速度通过氢氧焰或煤气火焰高速拉成直径为4～10μm的连续长纤维，SiO2含量为99%。