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三代连续氧化铝纤维的最新进展

作者:国装新材料 时间:2024-11-25
氧化铝纤维的化学组成可以千变万化,但氧化铝晶体在高温下的稳定相态只有两个:α-Al₂O₃相和莫来石相(Mullite),根据氧化铝的晶型结构演变,氧化铝纤维可分为三代:

第一代连续氧化铝纤维
 
第一代为非稳定型连续氧化铝纤维(包含玻璃态/非晶态和过渡相晶型—γ、η、χ、κ、ρ、β、δ、θ等),以美国3M Nextel 550牌号为界线,该牌号之前的氧化铝纤维均由玻璃态和过渡相晶型组成,代表牌号有Nextel 312、440、480、550,第一代氧化铝纤维的晶相图如下:
 
 
国装新材生产的莫纶735牌氧化铝纤维(ML-735),化学组成为:73%Al₂O₃+27%SiO₂,为第一代氧化铝纤维,对标3M Nextel 550,其晶相为γ-Al₂O₃+无定形SiO₂,束丝强度为2.1±0.3GPa,模量为200±30GPa,断裂伸长率≥0.8%,纤维直径为8-12μm,有莫纶735 缝合线(φ0.5、0.6、0.7、0.8、0.9等)、莫纶735纤维绳(φ1.5、2、3、5、7、10等)和莫纶735无捻丝( 0.4K、0.5K、0.8K、1K等)等品种。
 
第二代连续氧化铝纤维
 
第二代为单相氧化铝纤维,主晶相为α-Al₂O₃晶体,纤维中的氧化铝含量≥99%,第二代连续氧化铝纤维以3M Nextel 610牌号为代表,其晶相图如下:
 
 
国装新材生产的莫纶996牌氧化铝纤维(ML-996),化学组成为:99%Al₂O₃+0.7%Fe₂O₃+0.3%SiO₂,为第二代连续氧化铝纤维,对标3M Nextel 610,其晶相为α-Al₂O₃,晶粒大小为30nm,束丝强度为2.7±0.3GPa,模量为330±30GPa,断裂伸长率为0.6±0.3%,纤维直径为9-12μm。
 
 
第三代连续氧化铝纤维
 
第三代为晶体高温稳定态的复相氧化铝纤维,由α-Al₂O₃相、莫来石相、t-ZrO₂相等组成的一种复相纤维材料。第二相的存在可显著抑制α-Al₂O₃晶粒的异常长大,获得最佳抗蠕变性能和最优的高温强度保留率,能够在第二代氧化铝纤维难以胜任的特种环境下应用,第三代连续氧化铝纤维以美国3M Nextel 720和650为代表,该部分纤维由α-Al₂O₃和莫来石或t-ZrO₂组成,是目前抗蠕变性最好的氧化铝纤维,其晶相图如下:
 
 
a.国装ML-857第三代氧化铝纤维晶相图
 
 
b.国装ML-896第三代氧化铝纤维晶相图
 
国装新材生产的莫纶857牌氧化铝纤维(ML-857),化学组成为:85%Al₂O₃+15%SiO₂;国装新材生产的莫纶896牌氧化铝纤维(ML-896),化学组成为:89%Al₂O₃+10%ZrO₂+1%Y₂O₃,均为第三代连续氧化铝纤维,其中莫纶857牌第三代氧化铝纤维对标3M Nextel 720,其晶相为α-Al₂O₃+莫来石,束丝强度为2.2±0.3GPa,模量为260±30GPa,断裂伸长率为≥0.5%,纤维直径为9-12μm。
 
 
根据三代氧化铝纤维性能特点,第一代氧化铝纤维主要用于隔热、缝合领域,第二代氧化铝纤维主要用于增强型复合材料,第三代氧化铝纤维主要用于高温型复合材料。