一種前軀體浸漬工藝制備氧化鈰陶瓷纖維板的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于無機非金屬材料領域，涉及具有優異耐熱性、催化性的陶瓷纖維，尤其涉及氧化鈰陶瓷纖維板制作領域。
【背景技術】
[0002]陶瓷纖維材料具有電絕緣性好、化學穩定性強、導熱性能低、熱熔小、質量輕并且具有一定的柔韌性、可操作性好，在絕熱、保溫、光催化等領域應用廣泛，如用于航空、航天和其他對溫度和力學性能要求高的組件等；用于高溫氣液體的過濾材料，是較理想的節能增效材料。
[0003]陶瓷纖維材料，例如氧化鋯(ZrO2)和氧化鋁(Al2O3)墊片已在高溫密閉耐火材料中使用，尤其是用于各種高溫流體。然而，這種常規的墊片柔韌度大、在組裝過程中由于處理或其他操作往往兩端會下垂。此外，常規的密封墊片具有相對低的壓縮強度，當受到一定的壓縮負荷，就會不可逆地粉碎，從而降低了襯墊密封性能。傳統陶瓷墊片(例如，氧化錯，氧化鋁氈)用于液相燃料電池，會吸收大量的電解質，并且強度低，使得它們難以處理和安裝在燃料電池中。

【發明內容】

[0004]本發明提供一種耐高溫、化學穩定性好、易于二次加工及安裝等優點的氧化鈰陶瓷纖維板的制備方法。
[0005]為實現本發明目的，提供了以下技術方案:一種前軀體浸漬工藝制備氧化鈰陶瓷纖維板的方法，其特征在于包括以下步驟:將粘膠纖維氈放入含Ce3+的鹽溶液中浸漬并攪拌均勻，溫度控制為40-60°C，浸漬2-8小時，將浸漬后的粘膠纖維氈取出，擠干，抹平，用氨氣熏蒸使所吸附的水溶性的Ce3+離子轉變成固態，再進行微波干燥，燒成得出本產品。
[0006]作為優選，所述含Ce3+的鹽溶液配制包括以下步驟:用去離子水和Ce (NO 3) 3.6H20配制成濃度為0.2-lmol/l的鈰溶液，攪拌均勻，再向溶液中加入0.1%-0.5%的添加劑，邊加邊攪拌，最后用(I:1)HC1溶液調節鈰溶液的pH值為2-4，所用的添加劑為非離子型表面活性劑和非離子型粘合劑。
[0007]作為優選，氨氣熏蒸為在裝有氨水的密閉容器中1-10小時。
[0008]作為優選，微波干燥:將纖維氈從密閉容器中取出，平鋪在氧化鋁瓷板上，抹平，置于微波干燥器中干燥。
[0009]作為優選，燒成為兩步燒成:①將干燥后的纖維氈放于氧化鋁瓷板上置于箱式電爐中第一次煅燒，燒成溫度為1000°C -1300°C。
[0010]②待爐子冷卻后，取出一次燒成后的纖維氈，根據需要將多片疊加在一起，按照預先設計的燒成制度進行二次燒成。
[0011]③二次燒成時用氧化鋁瓷板壓住纖維氈，高溫時利用氧化鋁瓷板的重力壓制，使纖維氈體積密度提高，并通過在兩層氧化鋁瓷板間放置支撐物控制氧化鋁瓷板間距，達到控制纖維板厚度和體積密度。
[0012]作為優選，氧化鋁瓷板為Al2O3含量彡96%的氧化鋁板。
[0013]作為優選，粘膠纖維氈通過剪裁剪成需要的形狀和大小。
[0014]本發明的技術關鍵在于:一、所用載體粘膠纖維屬再生纖維素纖維。從它的分子式發現纖維素分子間有較多的氫鍵，在浸漬過程中，纖維氈的纖維分子鏈易溶脹，氫鍵斷裂，產生較多的羥基。羥基與水分子結合形成更多的吸附中心，從而能吸附更多鈰鹽。本發明所用的是有機聚合物轉化法，其特點為操作簡單，對設備的要求低。通過溶液浸漬，燒成等一系列程序，制得結構與粘膠纖維類似的陶瓷纖維板。
[0015]二、由于硝酸鈰是一種易潮解的物質，浸漬過硝酸鈰的粘膠纖維氈在緩慢干燥過程中或快速干燥后再次與空氣接觸，硝酸鈰都易吸收空氣中的水分，導致游離的鈰離子隨水分蒸發向邊緣擴散，使得纖維氈中的鈰離子分布不均，最終燒成不能得到完整的纖維氈。本發明所用的氨氣熏蒸法是將浸漬硝酸鈰并擠干溶液的粘膠纖維氈放在充滿氨氣的容器中一段時間，由于NH3.H2O能電離出0H_，0『與Ce 3+結合，變成固態的Ce(OH) 3，這將很好的固定住Ce3+，反應完全的纖維氈顏色由白色變為嫩黃色。
[0016]三、本發明所用添加劑為非離子型表面活性劑和非離子型粘合劑，主要有TritonX-100、AE07、平平加和PVP等，本發明研宄了 Triton X-100和PVP。非離子型表面活性劑能增加粘膠纖維氈的潤濕性，非離子型粘合劑能提高粘膠纖維氈的親水性。兩者均能從不同的方向提高單位粘膠纖維氈生成的陶瓷纖維的量，且制備的陶瓷纖維板表面更均勻，纖維直徑變粗，降低了生產成本，提高了產品質量。
[0017]四、采用微波干燥法干燥浸漬鈰鹽溶液的粘膠纖維氈，其特點:(I)微波加熱的熱量在被加熱物料內部產生，里外一起受熱，加熱速度快。(2)電磁波穿透能力強，加熱較均勻。(3)提高干燥速度并不提高物料表面溫度和內部溫度。(4)選擇性加熱使能量在物料中按需分配。(5)具有更好的產品質量。
[0018]本發明有益效果:本發明所制備的陶瓷纖維板具有耐高溫、耐腐蝕、容重低、導熱系數小、易于二次加工及安裝等優點。可直接用于保溫隔熱、爐窯內襯、密封墊或加工成折疊塊、扎塊等使用，例如氧化鈰陶瓷纖維板可以在熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)上使用。相比氧化鋯陶瓷纖維板和氧化鋁陶瓷纖維板，氧化鈰陶瓷纖維板用于液相燃料電池時，具有更好的機械性能和可操作性。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明的氧化鈰陶瓷纖維板二次燒成后的表觀形貌圖。
[0020]圖2為本發明的氧化鈰陶瓷纖維板二次燒成后放大1000倍的掃描電鏡圖片。
【具體實施方式】
[0021]下面通過實施例對本發明方法作進一步詳細說明，但本發明保護范圍不局限于所述內容。0.2-lmol/l的鈰溶液，攪拌均勻，再向溶液中加入0.1%-0.5%的添
實施例1:
本發明所述的氧化鈰陶瓷纖維板的制備方法，具體操作如下:
(I)剪裁:將3_厚的有機粘膠纖維氈，依據燒成收縮比剪成需要的大小； (2)溶液配制:用去離子水和Ce(NO3) 3.6Η20配制成濃度為0.4mol/l的鈰溶液，并攪拌均勻，再向溶液中加入0.2%的PVP，邊加邊攪拌，最后用(1:1) HCl調鈰溶液的pH為4 ;
(3)鈰液浸漬:將剪裁好的纖維氈放入配制的鈰鹽溶液中，溶液溫度控制在40°C，浸漬3小時；
(4)氨氣熏蒸:將浸漬的纖維氈從溶液中取出，擠干，抹平，將纖維氈放在裝有氨水的密閉容器中3小時；
(5)干燥:將纖維氈從密閉容器中取出，平鋪在氧化鋁瓷上，抹平，置于微波干燥器中干燥；
(6)兩步燒成:①將干燥后的纖維氈放于氧化鋁瓷板上置于箱式電爐中第一次煅燒。
[0022]燒成曲線為50-200 °C，2小時，200 °C保溫3小時，200-280 °C，10小時，280-420°C，8 小時，420-800°C，7 小時，800-1230°C 5 小時；
②待爐子冷卻后，取出一次燒成得到的的產物一次燒成纖維氈，根據需要將12片一次燒成纖維氈疊加在一起，按照預先設計的燒成制度進行二次燒成。
[0023]溫度曲線為0-1200。。，12 小時，1200-1400。。，20 小時，1400°C _1560°C，8 小時，1560°C保溫5小時。
[0024]③二次燒成時用氧化鋁瓷板壓住纖維氈，高溫時利用氧化鋁瓷板的重力壓制，使纖維氈體積密度提高，并通過在兩層氧化鋁瓷板間放置小支撐物控制氧化鋁瓷板間距，達到控制纖維板厚度和體積密度。
[0025]本方法獲得的陶瓷纖維板的顏色為淡粉色，表面平整，有一定的強度和彈性，可以再次加工，密度為0.45g/cm3，一次燒成收縮為34.3%，二次燒成收縮為19.5%，氧化鈰含量在99%以上，金相顯微鏡觀察為竹節狀的纖維結構，纖維直徑為8-10 μπι。
[0026]實施例2:
本發明所述的氧化鈰陶瓷纖維板的制備方法，具體操作如下:
(1)剪裁:將6_厚的有機粘膠纖維氈，依據燒成收縮比剪成需要的大小；
(2)溶液配制:用去離子水和Ce(NO3) 3.6Η20配制成濃度為0.6mol/l的鈰溶液，并攪拌均勻，再向溶液中加入0.3%的PVP，邊加邊攪拌，最后用(1:1) HCl調鈰溶液的pH為4 ;
(3)鈰液浸漬:將剪裁好的纖維氈放入配制的鈰鹽溶液中，溶液溫度控制在50°C，浸漬2小時；
(4)氨氣熏蒸:將浸漬的纖維氈從溶液中取出，擠干，抹平，將纖維氈放在裝有氨水的密閉容器中6小時；
(5)干燥:將纖維氈從密閉容器中取出，平鋪在氧化鋁瓷上，抹平，置于微波干燥器中干燥；
(6)兩步燒成:①將干燥后的纖維氈放于氧化鋁瓷板上置于箱式電爐中第一次煅燒。
[0027]燒成曲線為50-200 °C，4小時，200 °C保溫6小時，200-280 °C，24小時，280-420°C, 12 小時，420_800°C，14 小時，800_1230°C 8 小時；
②待爐子冷卻后，取出一次燒成得到的的產物一次燒成纖維氈，根據需要將6片一次燒成纖維氈疊加在一起，按照預先設計的燒成制度進行二次燒成。
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