氧化铝耐火纤维简介

氧化铝耐火纤维(alumina refractory fibre)是指以Al₂O₃为主要成分的多晶质纤维状隔热耐火材料。其主晶相为θ-Al₂O₃和γ-Al₂O₃微晶体，在化学成分中约有5%的SiO₂，它以莫来石(3Al₂O₃·2SiO₂)微晶形态存在，莫来石往往包裹在Al₂O₃的表面。又称多晶氧化铝纤维 。

1970年，英国帝国化学工业公司研制成多晶氧化铝纤维，1974年投入半工业试制，1979年建成年产500-700t的工业生产线。中国于1977年开始研制，1986年完成扩大工业试验，并开始批量生产。

多晶氧化铝纤维有3种，即长纤维、短纤维和晶须。作为耐火材料用的，通常是短纤维，其纤维长度在10-100mm，纤维直径3-7μm 。

氧化铝耐火纤维的生产采用胶体法，工艺流程主要包括胶体制备、纤维化和热处理3个阶段 。

多晶氧化铝耐火纤维的主晶相是θ-Al₂O₃和莫来石。θ-Al₂O₃在加热时会转变成α-Al₂O₃这些都是稳定相，耐火性能好。α-Al₂O₃有较好的抗侵蚀性，在长期高温下体积稳定性好，因此是较好的保温隔热材料。其性能见表1。

多晶氧化铝耐火纤维具有优越的耐高温性能，可在1400℃以上的许多高温窑炉和热工设备上使用。最高使用温度为1600℃，长期使用温度可达1500℃。但氧化铝纤维价格较高，推广应用受到限制。把氧化铝纤维与高铝纤维等一起制成的混合纤维制品，发展较快 。

耐火纤维砖(refractory fibrebrick)是指纤维为原料，配以氧化铝微粉，加入结合剂压制而成的耐火纤维制品。耐火纤维砖主要用于工业炉内衬 。

耐火纤维分为非晶质（玻璃态）和多晶质（结晶态）两大类。非晶质耐火纤维，包括硅酸铝质、高纯硅酸铝质、含铬硅酸铝质和高铝质耐火纤维。多晶质耐火纤维，包括莫来石纤维、氧化铝纤维和氧化锆纤维。（表1）也有按耐火纤维最高允许使用温度分类的。（表2）

表1 耐火纤维的分类

表2 耐火纤维在不同气氛下的使用温度

注：表中纤维种类是美国、日本和西欧一些国家的分类。

硅酸铝质耐火纤维用杂质含量较低的粘土熟料（焦宝石）作为原料，经1800～2000℃高温熔融、喷吹或甩丝成纤，纤维中Al₂O₃含量45%左右，长期使用温度不超过1000℃。

高纯硅酸铝耐火纤维采用工业氧化铝和高纯硅石砂或石英砂作原料，亦可加入少量B₂O₃，或ZrO₂等作为添加剂，经配料混合、熔融喷吹或甩丝成纤，制成的纤维含Al₂O₃50%左右，Al₂O₃ SiO₂> 99%，最高使用温度1260℃，长期使用温度约1100℃。

含铬硅酸铝耐火纤维以工业氧化铝、硅石粉和氧化铬为原料，按照硅石粉40%～60%、工业氧化铝40%～55%，氧化铬3%～6%配料，经熔融喷吹或甩丝成纤，最高使用温度1400℃，长期使用温度1150～1200℃。

高铝耐火纤维以工业氧化铝和高纯硅石作为主要原料，配合料经熔融喷吹或甩丝成纤，得到氧化铝含量58%以上的高纯度玻璃态硅酸铝耐火纤维。最高使用温度1400℃，长期使用温度为1200℃。

莫来石质耐火纤维用氯化铝、金属铝粉、硅溶胶、冰乙酸及各种有机添加剂作原料，经制胶、纤维化、热处理等工艺过程，制得Al₂O₃72%～80%的多晶纤维，其主成分为莫来石，使用温度1300～1500℃。

氧化铝耐火纤维用氯化铝、金属铝粉、硅溶胶、冰乙酸和各种有机添加剂作原料，经制胶，纤维化，热处理等工艺过程，制得Al₂O₃95%左右、SiO₂约5%的多晶纤维，其主要矿物成分为θ-Al₂O₃或α-Al₂O₃，使用温度1400～1600℃。

氧化锆耐火纤维用醋酸锆、氧氯化锆及YCl₃、MgCl₂、CaCl₂等作原料，经制胶、纤维化、热处理等工艺过程，制得主成分为ZrO₂（含稳定剂）大于98%的耐火纤维，使用温度1600℃。

美国、日本和西欧的一些国家，通常按耐火纤维的最高允许使用温度进行分类，其方法是把耐火纤维样品加热保温24h，其线收缩接近并小于2.5%时的温度作为分类温度。实际允许最高长期使用温度要比分类温度低，在氧化气氛下允许最高长期使用温度应比分类温度低100～150℃，在还原气氛下应低200～250℃，在真空气氛下应低400～450℃。

混合耐火纤维制品(mixed refractory fibre product) 是指以晶质与非晶质硅酸铝纤维为原料，制成的耐火纤维制品。氧化铝纤维、莫来石纤维价格昂贵，而采用混合纤维的成本可成倍降低。可用于1200-1400℃高温炉衬。

混合纤维制品在使用过程中氧化铝纤维发生收缩，但对内衬结构的总体几何形状不致发生严重影响，一般在1000℃以上硅酸铝纤维产生析晶现象，析出莫来石和游离二氧化硅。游离二氧化硅与氧化铝纤维中级化铝发生反应产生纤维间的莫来石结合，使纤维内衬保持整体结构强度，抑制了纤维在高温下的收缩 。