摘要： 文章介紹了陶瓷纖維用于高溫?zé)煔膺^濾的可行性,概述了陶瓷纖維的物理化學(xué)性質(zhì)和國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀,將陶瓷纖維和其它無機(jī)纖維進(jìn)行了對(duì)比分析,探討了陶瓷纖維在高溫?zé)煔膺^濾中的優(yōu)缺點(diǎn),為陶瓷纖維的進(jìn)一步研究開發(fā)提供一定參考.

1 引言

陶瓷纖維是一種集傳統(tǒng)絕熱材料、耐火材料優(yōu)良性能于一體的纖維狀輕質(zhì)耐火材料，是繼碳纖維、玻璃纖維和玄武巖纖維之后應(yīng)用較為廣泛的無機(jī)耐高溫?zé)煔膺^濾材料。陶瓷纖維按微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)可以分為玻璃態(tài)纖維和結(jié)晶質(zhì)纖維；按其化學(xué)組成可分為非氧化物和氧化物陶瓷纖維二大類；按使用溫度可以分為低檔陶瓷纖維(使用溫度為800℃～1100℃)、中檔陶瓷纖維(使用溫度為1200℃～1300℃)、高檔陶瓷纖維(使用溫度1300℃～1500℃)；按照材料的形態(tài)可以分為散狀陶瓷纖維、定形陶瓷纖維、不定形陶瓷纖維、混配(紡)陶瓷纖維控]。不論以哪種方式對(duì)陶瓷纖維分類，陶瓷纖維的本質(zhì)還是不變的，化學(xué)組成是相同的，即陶瓷纖維的主要成分是碳化硅、氧化鋁或多鋁硅酸鹽。

陶瓷纖維的使用溫度范圍是800℃～1500℃。在高溫?zé)煔膺^濾行業(yè)，參照熱能動(dòng)力工程的劃分標(biāo)準(zhǔn)，可將待過濾的煙氣劃分為常溫?zé)煔?<120℃)、常高溫?zé)煔?<250℃)、亞高溫?zé)煔?250℃～450℃)、超高溫?zé)煔?<800℃)，一般工廠及行業(yè)煙氣溫度范圍在250℃～280℃。

陶瓷纖維是一種纖維狀輕質(zhì)耐火材料，具有質(zhì)輕、熱穩(wěn)定性好、耐高溫、比熱容小、耐機(jī)械振動(dòng)等優(yōu)良特性，并且陶瓷纖維可以通過雙面針刺的工藝制作陶瓷纖維針刺氈，其在高溫和低溫環(huán)境中被廣泛使用。因此，陶瓷纖維可以在高溫?zé)煔膺^濾中作為濾料使用。

2陶瓷纖維的特性

2.1 陶瓷纖維的物理性質(zhì)

陶瓷纖維的主要化學(xué)組成成分為氧化鋁，因此陶瓷纖維在一定程度上表現(xiàn)出氧化鋁的特性，即難溶于水的白色固體，無臭、無味，易吸潮而不潮解(灼燒過的不吸濕)。因其又含有部分碳化硅，這樣既增強(qiáng)了陶瓷纖維的硬度，也增強(qiáng)了該纖維的熔沸點(diǎn)，所以在較高的溫度下也不發(fā)生形變。與傳統(tǒng)輕質(zhì)耐火材料相比，陶瓷纖維具有氣孑L率高、氣孔孔徑和比表面積大等優(yōu)點(diǎn)，一般陶瓷纖維氣孑L率大于90%。

2.2 陶瓷纖維的化學(xué)性質(zhì)

陶瓷纖維含堿量極低，幾乎不和冷、熱水作用，除氰氟酸、磷酸和強(qiáng)酸外，其他酸堿對(duì)它的侵蝕作用很小，在氧化氣氛下非常穩(wěn)定。在使用過程中無毒、無害，不會(huì)有二次污染，對(duì)環(huán)境無不良影響。

2.3 陶瓷纖維的其它性質(zhì)

陶瓷纖維除了作為高溫?zé)煔膺^濾材料應(yīng)用在過濾方面，因其獨(dú)特的多孔狀纖維結(jié)構(gòu)，還可應(yīng)用于很多領(lǐng)域。陶瓷纖維的其它性質(zhì)常表現(xiàn)為：多孑L狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)熱系數(shù)很低。常用于作為保溫隔熱材料，如石油化工設(shè)備、容器、管道和航空航天等的隔熱保溫材料；不燃或者有自熄性。常用作防火材料，如高檔寫字樓中的檔案庫(kù)、金庫(kù)、保險(xiǎn)柜等重要場(chǎng)所的絕熱、防火隔層，消防自動(dòng)防火簾等；絕緣性。陶瓷纖維的化學(xué)組成物質(zhì)為共價(jià)鍵化合物，無導(dǎo)電性，常用來做絕緣材料，如電線桿上固定電線的瓷瓶等。陶瓷纖維除了以上特性外還有隔音、防輻射等特性。

3 陶瓷纖維的國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展

我國(guó)陶瓷纖維已處于持續(xù)調(diào)整發(fā)展的階段，陶瓷纖維的生產(chǎn)工藝與設(shè)備，尤其是干法針刺毯的生產(chǎn)工藝與設(shè)備具有世界先進(jìn)水平。金江等通過將陶瓷纖維層和硅酸鈣互相黏附在一起，構(gòu)成一種耐高溫陶瓷纖維氣體過濾材料，其可耐200℃～1200℃的高溫，過濾阻力低，分離效率高且容易再生，可以廣泛應(yīng)用于高溫?zé)煔狻⒏煞ǔ龎m等除塵過濾領(lǐng)域。李超發(fā)明了一種具有倒錐形非織造布本體、圓形圈、第一半圓形加強(qiáng)筋和第二半圓形加強(qiáng)筋的陶瓷纖維原料非織造布過濾結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、過濾效率高、耐高溫、耐高壓、耐腐蝕且可反復(fù)沖洗使用，擁有使用壽命長(zhǎng)、生產(chǎn)成本低、適用范圍廣、易推廣等優(yōu)點(diǎn)。孫揚(yáng)善等[1¨研究了由莫來石纖維和硅酸鋁纖維組成的陶瓷纖維過渡層對(duì)高溫氣體過濾用碳化硅非對(duì)稱過濾膜的成膜和過濾壓降的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)支撐體和過濾膜之間的陶瓷纖維過渡層厚度為60um左右時(shí)，過濾膜的過濾壓降最小，同時(shí)還大大提高了成膜過程中過濾膜的均勻性和完整性；王娟設(shè)計(jì)了一種由圓形本體、緊固圈、圓形連接板、固定孔和過濾孔組成的陶瓷纖維原料滾筒式過濾結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用裝配便捷、過濾效率高、耐高溫高壓且可反復(fù)沖洗使用等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)該過濾結(jié)構(gòu)生產(chǎn)成本低、易推廣。

與其它傳統(tǒng)高溫?zé)煔鉃V料相比較，陶瓷纖維濾料具有高效低阻、使用壽命長(zhǎng)、清灰容易和后期維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，近二十年高溫氣體除塵過濾材料的研究取得了重大進(jìn)展，一批先進(jìn)過濾材料得以開發(fā)，尤其是陶瓷纖維復(fù)合增強(qiáng)材料的開發(fā)使得陶瓷過濾材料的韌性得到很大提高。開發(fā)和研制更加高效的高溫?zé)煔馓沾衫w維過濾裝置，對(duì)環(huán)境保護(hù)和社會(huì)發(fā)展具有重要意義。

4 陶瓷纖維與其他高溫過濾材料的比較

用于高溫過濾煙氣過濾材料的無機(jī)纖維除了玄武巖纖維以外，還有多種高性能纖維，例如碳纖維、玻璃纖維和石棉纖維等。它們具有無機(jī)纖維的部分或全部的特性，如耐高溫性、阻燃性、強(qiáng)度大、模量高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、吸聲隔音、透電波、抗震和介點(diǎn)絕緣等。這些纖維雖然具有多種優(yōu)異的性能，但也具有一定的缺陷。例如，碳纖維表面化學(xué)性呈惰性、表面能低、表面光滑，在使用過程中易引發(fā)靜電等；玄武巖纖維密度較大，在梳理成網(wǎng)時(shí)易出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，且表面光滑、脆性大等；玻璃纖維硬度過高、卷曲度小、耐磨性能差；石棉纖維在使用過程中會(huì)產(chǎn)生致癌物質(zhì)，環(huán)保性很差等。

陶瓷纖維作為理想的高溫?zé)煔膺^濾材料，其主要優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)為：過濾方面：具有較高的除塵效率，可達(dá)99%以上；具有較高的強(qiáng)度和耐熱性；具有良好的耐高溫氣體腐蝕和化學(xué)腐蝕。制作工藝方面：具有加工容易、施工方便等特點(diǎn)，并且原料來源較為廣泛。環(huán)保方面：在使用過程中不會(huì)產(chǎn)生二次污染，不會(huì)產(chǎn)生有毒有害氣體，對(duì)環(huán)境無任何影響。經(jīng)濟(jì)方面：具有良好的再生性能，使用壽命長(zhǎng)，原料廉價(jià)易得，成品加工流程短等。陶瓷纖維作為高溫濾料，在使用過程中清灰也比較容易，因此具有良好的經(jīng)濟(jì)特性。

陶瓷纖維雖然有很多優(yōu)良的特性，但其最主要的缺點(diǎn)是不耐磨、不耐碰撞，不能抵抗高速氣流的沖刷，不能抵抗熔渣的侵蝕。因此在使用過程中常通過徑復(fù)合、預(yù)應(yīng)力法和相轉(zhuǎn)變法來提高陶瓷的韌性，實(shí)際生產(chǎn)中一般是通過降低陶瓷纖維脆性的方法實(shí)現(xiàn)。

5 結(jié)束語

隨著科學(xué)的發(fā)展，時(shí)代的進(jìn)步，人們生活水平的日益提高，對(duì)生活質(zhì)量的要求也越來越高。環(huán)境是人類和一切生物賴以生存的基礎(chǔ)，空氣質(zhì)量的好壞直接影響環(huán)境的好壞，進(jìn)而影響人們的生活質(zhì)量?？諝庵杏卸?、有害物質(zhì)和顆粒粉塵物質(zhì)的減少有助于空氣質(zhì)量的提高，因此在高溫?zé)煔膺^濾過程中，過濾材料的過濾效率和質(zhì)量直接影響著空氣質(zhì)量。陶瓷纖維雖然有很高的過濾效率、耐高溫、耐化學(xué)腐蝕，但其在使用過程中也常出現(xiàn)各種問題，因此對(duì)現(xiàn)有陶瓷纖維的升級(jí)改進(jìn)是今后的努力方向之一。