陶瓷纤维是一个“小众”应用的纤维产品，传统的陶瓷纤维主要利用其质轻耐高温、导热率低及比热小的特点，广泛应用于各种窑炉、烘箱、马弗炉制作，还有部分应用于过滤布袋、隔热板、保温材料等用途。目前大家比较熟知的陶瓷纤维：硅酸铝纤维、莫来石纤维及氧化铝纤维等，就是比较传统的陶瓷纤维,但是除了传统的陶瓷纤维外，还有先进陶瓷纤维：石英纤维、碳化硅纤维、氧化锆纤维、氮化物纤维等等，主要用于航空航天、石油、化工等领域。

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什么是陶瓷纤维

陶瓷纤维是一种纤维状轻质耐火材料，具有重量轻、耐高温、热稳定性好、导热率低、比热小及耐机械震动等优点。

普通陶瓷纤维又称硅酸铝纤维，因其主要成分之一是氧化铝，而氧化铝又是瓷器的主要成分，所以被叫做陶瓷纤维。而添加氧化锆或氧化铬，可以使陶瓷纤维的使用温度进一步提高。

目前大家比较熟知的陶瓷纤维：硅酸铝纤维、莫来石纤维及氧化铝纤维等，就是比较传统的陶瓷纤维,但是除了传统的陶瓷纤维外，还有先进陶瓷纤维：石英纤维、碳化硅纤维、氧化锆纤维、氮化物纤维等等，主要用于航空航天、石油、化工等领域。

陶瓷纤维种类较多，按微观结构可分为结晶态纤维与玻璃态纤维，其中SiO2和Al2O3是玻璃态纤维的典型代表;按化学成分可将陶瓷纤维分为氧化物纤维和非氧化物纤维，其中SiC和Si3N4为非氧化物纤维的代表;按使用温度可将陶瓷纤维分为三类：低档陶瓷纤维(800～1100℃)，中档陶瓷纤维(1100～1300℃)，高档陶瓷纤维(1300～1500℃)。

陶瓷纤维制品是指用陶瓷纤维为原材料，通过加工制成的重量轻、耐高温、热稳定性好、导热率低、比热小及耐机械震动等优点的工业制品，专门用于各种高温，高压，易磨损的环境中。

陶瓷纤维制品是一种优良的耐火材料。具有重量轻、耐高温、热容小、保温绝热性能良好、高温绝热性能良好、无毒性等优点。

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陶瓷纤维的特点

1、碳化硅纤维

碳化硅纤维的最高使用温度达1200℃，其耐热性和耐氧化性均优于碳纤维，在最高使用温度下强度保持率在 80%以上，化学稳定性也好。从形态上分有晶须和连续纤维两种。

国内新型连续化SiC纤维产品，纤维平均直径12μm，室温弹性模量280GPa，平均拉伸强度3.3GPa。

2、氮化硅(Si3N4)纤维

氮化硅纤维是一种耐高温、高强度陶瓷纤维，其化学式为Si3N4，在氧化性气氛中，其最高使用温度为1300℃；在非氧化性气氛中，其最高使用温度1800℃。拉伸强度和弹性模量分别可达到1000MPa和300GPa，热膨胀系数低，磨损抗力优良，主要用来增强金属和陶瓷。

3、硅碳氮(SiCN)纤维

硅硼氮碳(Si-B-N-C)陶瓷纤维高耐温、高强度、室温下的强度大于250GPa的弹性模数和0.4～1的蠕变值m(使用标准BSR试验,1小时,1400℃)，是一种兼具耐高温性、抗高温氧化性、抗蠕变性、高强度、吸波等优点于一身的新型结构/功能一体化陶瓷纤维。

4、硅酸铝纤维

硅酸铝纤维形状和颜色同棉花相似，是一种非晶体陶瓷纤维，主要由氧化铝和二氧化硅组成，有时还含有少量的氧化铁、二氧化钛、氧化钙等物质。根据组成物质及含量的不同，可分为四类：标准(普通)硅酸铝纤维、高纯硅酸铝纤维（莫来石纤维）、高纯含铝硅酸铝纤维和高纯含锆硅酸铝纤维。

具有优良的绝热特性，耐酸、碱腐蚀性好，具有优良化学稳定性。电绝缘体、吸声性好，对500Hz以上中、高度波可吸收80%以上。通常在800℃以上使用。具有优良的绝热特性，耐酸、碱腐蚀性好，电绝缘性、吸音性好，对500Hz以上中、高波可吸收80%以上。

莫来石纤维是一种多晶结构的纤维（纤维中Al2O3含量在72%-75%之间）主晶相为莫来石微晶，作为氧化硅和氧化铝二元体系中唯一的稳定相，其活性低，再结晶能力较差，因此莫来石纤维具有较好的耐高温性能，使用温度在1500—1700℃，但当温度高于1500℃时，其晶粒也会长大，使其丧失高温力学性能，当温度达到1830℃左右时，会迅速分解为氧化铝和液相。

5、石英纤维

石英纤维是指杂质含量低于0.1%，纤维直径在0.7-15μm的高纯度特种二氧化硅玻璃纤维。其具有很高的耐热性，长期稳定的使用温度为1050℃，瞬间耐温高达1700℃，但是在600℃时强度开始下降。

纤维保持了固体石英的部分性能和特点，是一个良好的耐高温材料，也是作为先进复合材料的增强体。石英纤维的纯度＞99.9%，这使得纤维具有抗烧蚀性强、耐温性好、导热率低，而且化学稳定性高，介电性能也非常优良。

6、氧化铝纤维

氧化铝纤维是一种多晶陶瓷纤维，具有长纤、短纤、晶须等多种形式。它以Al2O3为主要成分，有时会含有一定量的添加剂，如二氧化硅、氮化硼、氧化锆、氧化铁、氧化镁等。氧化铝短纤维主要用于高温绝热材料，长纤维用于增强复合材料，晶须则具有较高的强度和一些特殊的磁学、电学、光学性能，应用于功能材料之中。

氧化铝纤维与金属基体的浸润性好，界面反应较小，其复合材料的力学性能、耐磨性、硬度均有提高，热膨胀系数降低，可用作树脂基纤维增强复合材料制品；耐化学腐蚀好，氧化铝纤维由于其良好的耐化学腐蚀性能可用于环保和再循环技术领域。

7、氧化锆纤维

氧化锆（ZrO2）是高熔点的金属氧化物，相对分子量为123.22，具有很高的熔点（2650℃）和化学惰性。氧化锆纤维具有很好的高温性能，在温度高达2480℃时仍可保持其纤维形态，1400℃左右仍具有可绕性。氧化锆纤维使用温度可达氧化铝的熔点以上，最高可达2200℃，氧化锆纤维材料不仅适用于氧化气氛，而且可在还原气氛和真空下使用。

氧化锆纤维棉采用溶胶-凝胶法制备，纯度（ZrO2+稳定剂）≥ 99.5%，是唯一能满足1600℃以上在超高温氧化气氛下使用的轻质多晶质耐火纤维材料。其熔点2713℃、使用温度高、隔热性能好、高温化学性质稳定、耐腐蚀、抗氧化、抗热震性好、不挥发、无污染等特性。

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陶瓷纤维的制造工艺

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。

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。

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。

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陶瓷纤维的应用

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。

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问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。

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，尤其是它具有可吸人性，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58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。

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/m以下，理论上最好低于1mg/m。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。

文章来源： 高温节能保温技术，无机非金属材料科学，福斯曼科技有限公司