纖維狀材料如棉花等自古以來就有保暖的效果，發展到今天，將許多材料制備成纖維狀態，作為高級耐火材料在高溫熱工設備保溫領域有著廣泛的應用。通常把使用溫度在1260℃以上的纖維材料稱作耐火纖維，這種材料近50年來發展較快，被喻為第三代耐火材料。各種工業爐窯用耐火纖維不僅有顯著的節能效果，還推動了施工方法和結構創新，使爐窯向高效、節能、輕型化方向發展。其中，氧化鋁纖維以其堅固、耐熱、輕質、電氣性等優異性能，目前已被廣泛應用于航空航天、核電核能、軍工以及汽車工業等領域，是國外的重點管制出口材料，除此之外，耐火纖維有多晶質和非晶質之分，比較常用的有10余種。

氧化鋁纖維制品

耐火纖維的種類

1.硅酸鋁質耐火纖維

硅酸鋁質耐火纖維是指以黏土熟料（焦寶石）或煤矸石為主要原料制成的玻璃纖維態隔熱耐火材料，又稱普通硅酸鋁纖維。

制備方法：

目前我國硅酸鹽耐火纖維系列制品的生產能力在5～6萬t，利用煤矸石應用甩絲工藝生產高檔硅酸鋁耐火纖維頗有發展潛力，山西大同、懷仁等地有豐富煤矸石儲量；也可直接利用電廠的粉煤灰為主要原料，以氧化鋁粉為輔助原料生產硅酸鋁耐火纖維。

硅酸鋁陶瓷纖維防火隔熱毯

耐溫溫度：

硅酸鋁纖維屬于短纖維（纖維長度在0.2m以下為短纖維；0.2m以上為長纖維，又稱連續纖維），纖維平均直徑2.3～2.8 μm，長度由幾毫米到250 mm，是高溫玻璃體，w(Al₂O₃)43%～54%，w(SiO₂)43%～54%，含有少量雜質。

采用純度較高的工業氧化鋁粉和硅石做原料生產的高純硅酸鋁，長期使用溫度為1100℃，當Al₂O₃含量達到60%～62%就是高鋁纖維，使用溫度為1200℃。當Al₂O₃含量越高，纖維的收得率越低，在原料中添加氧化鉻使玻璃形態轉化，可提高使用溫度到1400℃；添加氧化鋯能促使個別纖維長度增長2～3倍，使用溫度也能達到1400 ℃。

2. 石英玻璃纖維

石英玻璃纖維是指SiO₂含量達99.9%以上、絲徑在1～15μm的特種玻璃纖維，具有卓越的電絕緣性，介電常數和介質損耗系數是所有礦物纖維中最好的。

石英玻璃纖維

制備方法：

石英玻璃纖維由純天然水晶提煉加工成熔融石英玻璃棒拉制而成，拉制過程中的加熱方式有氫氧火焰法和等離子法，根據不同的用途來涂覆相應的浸潤劑。常見產品種類有超細石英玻璃纖維、高強可編石英玻璃纖維、中空石英玻璃纖維、新型連熔石英玻璃纖維等多種石英纖維。

耐溫溫度：

石英玻璃纖維能長期在1050℃下使用，瞬間耐高溫達1700℃，僅次于碳纖維。

3.多晶莫來石耐火纖維

多晶莫來石耐火纖維屬于多晶氧化鋁纖維的一種，纖維中Al₂O₃含量在72%～ 75%的晶質纖維為莫來石纖維。

多晶莫來石纖維板

制備方法：

國內最早由洛陽耐火研究所及當年的上海第二耐火廠采用膠體法研制多晶莫來石纖維，根據熔融法成纖原理及實踐經驗，Al₂O₃含量＞70%的Al₂O₃-SiO₂系材料采用熔融噴吹法不會纖維化，要用膠體甩絲法成絲工藝，再經干燥、熱處理制得多晶莫來石纖維。

耐溫溫度：

通常莫來石纖維使用溫度在1400℃以上，美國和日本研制出含80%Al₂O₃的氧化鋁纖維和72%的多晶莫來石纖維，Al₂O₃含量適當降低，其性能差別不大。

上海第二耐火廠纖維的理化指標為：w(Al₂O₃)73%～77%，纖維直徑＜10μm，長度10～100 mm，長期使用溫度1400 ℃，短期使用溫度1500℃，節能30%～50%。

4.多晶氧化鋁耐火纖維

氧化鋁纖維是以Al₂O₃為主要成分，主晶相為α-Al₂O₃和γ-Al₂O₃微晶體，約有5% SiO₂以莫來石微晶存在，莫來石包裹在Al₂O₃的表面，所以稱作多晶氧化鋁纖維。多晶氧化鋁纖維產品有短纖維，纖維直徑3～7 μm，長度10～150 mm；長纖維，又稱連續纖維，長度0.2 m以上。目前氧化鋁短纖維一般用于高溫熱材料，長纖維則用于增強復合材料，在治金、機械、電子、陶瓷、化工、航天等領域中都能看到它們的身影。

氧化鋁纖維

制備方法：

我國于1977年開始研制氧化鋁耐火纖維，1986年完成擴大工業試驗，并開始批量生產。其生產工藝采用膠體法，主要工藝流程分為膠體制備、纖維化和熱處理3個階段。氧化鋁纖維雖好，但能夠產業化生產的公司卻寥寥無幾，其生產工藝需要橫跨高分子膠體、礦物質干法紡絲、分子鏈構、高溫燒結晶相化等多學科，而且各生產環節都是非標設備，因此量產工藝設備的研發難度很大。國內當前正積極布局產業化，打破美國、日本等國家的壟斷。

耐溫溫度：

氧化鋁纖維是耐火纖維中的佼佼者，纖維熔點2050℃，單絲抗拉強度極高，還有優良的高溫抗蠕變和抗熱震性能，特別是連續氧化鋁纖維與其他材料復合，可呈現非常優良的性能。

5. 碳纖維

含碳量在90%以上的高強度高模量纖維即是碳纖維，一般直徑5-10微米，耐高溫居所有化纖之首。其力學性能優異，同時具有輕質、高強度、高彈性模量、耐高低溫、耐腐蝕、耐疲勞等優異特性，廣泛應用于航空航天、國防、交通、能源、體育休閑等領域。

碳纖維按纖維數量不同可分為小絲束和大絲束。小絲束性能優異，但成本較高，碳纖維的開發起初應用于航空航天領域，小絲束性能更能滿足航空航天、軍工復材的需要，但受成本制約，難以在風電葉片等領域實現推廣應用；大絲束在保持碳纖維優良性能的前提下，通過提高單線產能，大幅降低成本，打開碳纖維廣泛運用于工業和民用領域大門。

碳纖維

制備方法：

世界碳纖維產業已形成了黏膠基、瀝青基和聚丙烯腈基三大原料體系，其中黏膠基和瀝青基碳纖維用途較單一，產量也較為有限，而聚丙烯腈基碳纖維兼具良好的結構和功能特性，是碳纖維發展和應用的主要品種。PAN基碳纖維的制備過程一般分為原絲制備和碳絲制備兩個階段，其中原絲制備包括聚合、紡絲工段，碳絲制備包括預氧化、碳化工段。碳纖維工藝復雜，生產條件要求嚴格，整個工藝流程中涉及技術參數控制點3000-5000個。大絲束碳纖維生產技術難度更大，體現在原絲、預浸料和碳化等多個環節的均勻性和毛絲控制等方面。目前，國產碳纖維進入要求極高的航空航天領域，打破了美、日等國的技術壟斷。

耐溫溫度：

碳纖維在空氣中可耐300℃左右的高溫，在真空中可耐1800℃的高溫，而換做惰性氣氛下可耐2400℃的高溫，不同環境，耐高溫程度會發生巨大變化。

6.碳化硅耐火纖維

以碳和硅為主要成分的高性能陶瓷纖維是碳化硅纖維，具有高溫耐氧化、高硬度、高強度、高熱穩定性、耐腐蝕、密度小等優點。與碳纖維相比，在極端條件下碳化硅纖維能保持良好的性能。碳化硅纖維用途十分廣泛，主要用作耐高溫材料和增強材料。耐高溫材料包括熱屏蔽材料、耐高溫輸送帶、過濾高溫氣體或熔融金屬的濾布等；用做增強材料時，常與碳纖維或玻璃纖維合用，以增強金屬（如鋁）和陶瓷為主，如做成噴氣式飛機的剎車片、發動機葉片、著陸齒輪箱和機身結構材料等，還可用做體育用品，其短切纖維則可用做高溫爐材等。

碳化硅纖維

制備方法：

碳化硅纖維的制造方法有先驅體轉化法、化學氣相沉積法（CVD）、活性碳纖維轉化法和超微粉高溫燒結法4種，目前廣泛使用的是先驅體法，技術相對成熟，生產效率高，成本比較低，適合工業化生產。

耐溫溫度：

自20世紀80年代SiC纖維問世以來，SiC纖維已有三次明顯的產品迭代，其耐熱性與強度都得到了明顯增強。目前，第三代碳化硅纖維的最高耐熱溫度達1800-1900℃。

7.氮化硼耐火纖維

氮化硼纖維是一種新興材料，具有耐高溫、耐化學腐蝕、加工性好、自潤滑、與多種金屬不浸潤、介電常數和損耗角正切小等優良特性，主要用于陶瓷基復合材料增強劑、導彈和飛行器的微天線窗零件等。

氮化硼連續纖維

制備方法：

以硼酸為原料制備B₂O₃無機前驅體，然后在NH₃(＞1000℃)和N₂(＜2000℃)中氮化得到氮化硼前驅體，進一步處理得到氮化硼纖維。

耐溫溫度：

高質量的氮化硼纖維可在900 ℃以下的氧化氣氛和2800 ℃以上的惰性氣體中長期使用。

8.氧化鋯耐火纖維

由于碳纖維在航天領域暴露出易氧化、隔熱差等問題，以及超高溫復合材料的需要，氧化鋯連續纖維的研究受到關注。氧化鋯(ZrO₂)纖維是一種多晶無機耐火纖維，耐高溫、抗氧化、耐酸堿腐蝕、化學性能穩定、隔熱性能優異，且常溫下絕緣而高溫下導電，因此氧化鋯纖維及其制品纖維板、纖維布、纖維氈等在航空航天、原子能、冶金和石油化工等行業有著極大的應用需求。

氧化鋯纖維

制備方法：

制備氧化鋯纖維，特別是連續纖維，普遍采用前驅體轉化法，即先制得有機或無機的前驅體纖維，再將其熱處理轉化為預定組成和結構的氧化鋯纖維。還有一些方法，如電化學氣相沉積法、電泳法、ZrO₂-Fe₃O₄共晶直接固化法等都不適于工業化生產。

耐溫溫度：

氧化鋯纖維可在1500℃以上的超高溫下長期使用，最高使用溫度可達2200℃，即使在2500℃下仍能保持完整的纖維形狀。

9.硼纖維

硼纖維是一種在金屬絲上沉積硼而成的無機纖維，具有高壓縮強度、高拉伸強度、高彈性模量、低密度（相對密度為鋼材的1/4）、質量輕、耐高溫、耐酸堿、絕緣性好、可吸收中子等特性，綜合性能優于常見的玻璃纖維與碳纖維，是良好的增強材料，可與金屬、塑料或陶瓷復合，制成高溫結構用復合材料，由于其高的比強度和比模量，在航空、航天和軍工領域獲得廣泛應用。硼纖維活性大，在制作復合材料時易與基體相互作用，影響材料的使用，故通常在其上涂敷碳化硼、碳化硅等涂料，以提高其惰性。在硼纖維基礎上利用納米技術生產得到的納米硼纖維，其強度更高，是碳纖維的三倍，質量更輕，是碳纖維的三分之一，可作為高性能增強劑用來制造超高性能復合材料，在航空航天與軍工國防領域具有廣闊應用前景。

制備方法：

硼硬度高，僅次于金剛石，無法直接制造纖維，通常是以金屬絲以及石英、玻璃、石墨長絲為芯材，將硼覆蓋于表面制得硼纖維。硼纖維制備工藝主要有化學氣相沉積法、乙硼烷熱分解法、硼熔融法等，其中化學氣相沉積法是主流工藝。通常將氯化硼與氫反應，還原成的硼在經過電化學清洗過的直徑10 μm左右的鎢絲上沉積，再加熱到1200℃左右，可用自身電加熱或高溫感應加熱制得硼纖維。

耐溫性能：

硼纖維在惰性氣體中，高溫性能良好（熔點熔點2050℃），在空氣中起過500℃時，強度顯著降低。

總結

除了以上纖維材料外，還有碳化硼纖維、氮化硅纖維及各種晶須等耐火纖維材料，在當今高科技和尖端技術領域發揮重要作用。在主流的幾種耐火纖維中，碳纖維的研究和應用已達到較高水平，其最鮮明的特點是高比強度和高比模量，然而它也有固有的缺點，如斷裂伸長率小、熱導率大、高溫抗氧化性差等；除氧化鋯纖維外的其他纖維也分別存在強度低、使用溫度低、熱導率大、耐腐蝕性差等缺點。

隨著我國經濟的快速發展，節能環保將成為永恒的話題，以隔熱保溫為主要用途的耐火纖維，將是發展的熱點。特別是隨著高科技的不斷進步，對高檔連續纖維的需求量會大幅度增加，后續也會逐漸往耐火纖維增強復合材料的方向發展，結合不同材料的優勢，來提高纖維材料的綜合性能。

參考來源：

1.我國耐火纖維的發展進程及應用前景，徐平坤（REFRACTORIES & LIME）；

2.耐火纖維應用技術文集，何林樸（冶金工業出版社）；

3.氧化鋁纖維的研究現狀與發展趨勢，景茂祥、沈湘黔（礦冶工程）。

粉體圈 小吉

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