纤维状材料如棉花等自古以来就有保暖的效果，发展到今天，将许多材料制备成纤维状态，作为高级耐火材料在高温热工设备保温领域有着广泛的应用。通常把使用温度在1260℃以上的纤维材料称作耐火纤维，这种材料近50年来发展较快，被喻为第三代耐火材料。各种工业炉窑用耐火纤维不仅有显著的节能效果，还推动了施工方法和结构创新，使炉窑向高效、节能、轻型化方向发展。其中，氧化铝纤维以其坚固、耐热、轻质、电气性等优异性能，目前已被广泛应用于航空航天、核电核能、军工以及汽车工业等领域，是国外的重点管制出口材料，除此之外，耐火纤维有多晶质和非晶质之分，比较常用的有10余种。

氧化铝纤维制品

耐火纤维的种类

1.硅酸铝质耐火纤维

硅酸铝质耐火纤维是指以黏土熟料（焦宝石）或煤矸石为主要原料制成的玻璃纤维态隔热耐火材料，又称普通硅酸铝纤维。

制备方法：

目前我国硅酸盐耐火纤维系列制品的生产能力在5～6万t，利用煤矸石应用甩丝工艺生产高档硅酸铝耐火纤维颇有发展潜力，山西大同、怀仁等地有丰富煤矸石储量；也可直接利用电厂的粉煤灰为主要原料，以氧化铝粉为辅助原料生产硅酸铝耐火纤维。

硅酸铝陶瓷纤维防火隔热毯

耐温温度：

硅酸铝纤维属于短纤维（纤维长度在0.2m以下为短纤维；0.2m以上为长纤维，又称连续纤维），纤维平均直径2.3～2.8 µm，长度由几毫米到250 mm，是高温玻璃体，w(Al2O3)43%～54%，w(SiO2)43%～54%，含有少量杂质。

采用纯度较高的工业氧化铝粉和硅石做原料生产的高纯硅酸铝，长期使用温度为1100℃，当Al2O3含量达到60%～62%就是高铝纤维，使用温度为1200℃。当Al2O3含量越高，纤维的收得率越低，在原料中添加氧化铬使玻璃形态转化，可提高使用温度到1400℃；添加氧化锆能促使个别纤维长度增长2～3倍，使用温度也能达到1400 ℃。

2. 石英玻璃纤维

石英玻璃纤维是指SiO2含量达99.9%以上、丝径在1～15µm的特种玻璃纤维，具有卓越的电绝缘性，介电常数和介质损耗系数是所有矿物纤维中最好的。

石英玻璃纤维

制备方法：

石英玻璃纤维由纯天然水晶提炼加工成熔融石英玻璃棒拉制而成，拉制过程中的加热方式有氢氧火焰法和等离子法，根据不同的用途来涂覆相应的浸润剂。常见产品种类有超细石英玻璃纤维、高强可编石英玻璃纤维、中空石英玻璃纤维、新型连熔石英玻璃纤维等多种石英纤维。

耐温温度：

石英玻璃纤维能长期在1050℃下使用，瞬间耐高温达1700℃，仅次于碳纤维。

3.多晶莫来石耐火纤维

多晶莫来石耐火纤维属于多晶氧化铝纤维的一种，纤维中Al2O3含量在72%～ 75%的晶质纤维为莫来石纤维。

多晶莫来石纤维板

制备方法：

国内最早由洛阳耐火研究所及当年的上海第二耐火厂采用胶体法研制多晶莫来石纤维，根据熔融法成纤原理及实践经验，Al2O3含量＞70%的Al2O3-SiO2系材料采用熔融喷吹法不会纤维化，要用胶体甩丝法成丝工艺，再经干燥、热处理制得多晶莫来石纤维。

耐温温度：

通常莫来石纤维使用温度在1400℃以上，美国和日本研制出含80%Al2O3的氧化铝纤维和72%的多晶莫来石纤维，Al2O3含量适当降低，其性能差别不大。

上海第二耐火厂纤维的理化指标为：w(Al2O3)73%～77%，纤维直径＜10µm，长度10～100 mm，长期使用温度1400 ℃，短期使用温度1500℃，节能30%～50%。

4.多晶氧化铝耐火纤维

氧化铝纤维是以Al2O3为主要成分，主晶相为α-Al2O3和γ-Al2O3微晶体，约有5% SiO2以莫来石微晶存在，莫来石包裹在Al2O3的表面，所以称作多晶氧化铝纤维。多晶氧化铝纤维产品有短纤维，纤维直径3～7 µm，长度10～150 mm；长纤维，又称连续纤维，长度0.2 m以上。目前氧化铝短纤维一般用于高温热材料，长纤维则用于增强复合材料，在治金、机械、电子、陶瓷、化工、航天等领域中都能看到它们的身影。

氧化铝纤维

制备方法：

我国于1977年开始研制氧化铝耐火纤维，1986年完成扩大工业试验，并开始批量生产。其生产工艺采用胶体法，主要工艺流程分为胶体制备、纤维化和热处理3个阶段。氧化铝纤维虽好，但能够产业化生产的公司却寥寥无几，其生产工艺需要横跨高分子胶体、矿物质干法纺丝、分子链构、高温烧结晶相化等多学科，而且各生产环节都是非标设备，因此量产工艺设备的研发难度很大。国内当前正积极布局产业化，打破美国、日本等国家的垄断。

耐温温度：

氧化铝纤维是耐火纤维中的佼佼者，纤维熔点2050℃，单丝抗拉强度极高，还有优良的高温抗蠕变和抗热震性能，特别是连续氧化铝纤维与其他材料复合，可呈现非常优良的性能。

5. 碳纤维

含碳量在90%以上的高强度高模量纤维即是碳纤维，一般直径5-10微米，耐高温居所有化纤之首。其力学性能优异，同时具有轻质、高强度、高弹性模量、耐高低温、耐腐蚀、耐疲劳等优异特性，广泛应用于航空航天、国防、交通、能源、体育休闲等领域。

碳纤维按纤维数量不同可分为小丝束和大丝束。小丝束性能优异，但成本较高，碳纤维的开发起初应用于航空航天领域，小丝束性能更能满足航空航天、军工复材的需要，但受成本制约，难以在风电叶片等领域实现推广应用；大丝束在保持碳纤维优良性能的前提下，通过提高单线产能，大幅降低成本，打开碳纤维广泛运用于工业和民用领域大门。

碳纤维

制备方法：

世界碳纤维产业已形成了黏胶基、沥青基和聚丙烯腈基三大原料体系，其中黏胶基和沥青基碳纤维用途较单一，产量也较为有限，而聚丙烯腈基碳纤维兼具良好的结构和功能特性，是碳纤维发展和应用的主要品种。PAN基碳纤维的制备过程一般分为原丝制备和碳丝制备两个阶段，其中原丝制备包括聚合、纺丝工段，碳丝制备包括预氧化、碳化工段。碳纤维工艺复杂，生产条件要求严格，整个工艺流程中涉及技术参数控制点3000-5000个。大丝束碳纤维生产技术难度更大，体现在原丝、预浸料和碳化等多个环节的均匀性和毛丝控制等方面。目前，国产碳纤维进入要求极高的航空航天领域，打破了美、日等国的技术垄断。

耐温温度：

碳纤维在空气中可耐300℃左右的高温，在真空中可耐1800℃的高温，而换做惰性气氛下可耐2400℃的高温，不同环境，耐高温程度会发生巨大变化。

6.碳化硅耐火纤维

以碳和硅为主要成分的高性能陶瓷纤维是碳化硅纤维，具有高温耐氧化、高硬度、高强度、高热稳定性、耐腐蚀、密度小等优点。与碳纤维相比，在极端条件下碳化硅纤维能保持良好的性能。碳化硅纤维用途十分广泛，主要用作耐高温材料和增强材料。耐高温材料包括热屏蔽材料、耐高温输送带、过滤高温气体或熔融金属的滤布等；用做增强材料时，常与碳纤维或玻璃纤维合用，以增强金属（如铝）和陶瓷为主，如做成喷气式飞机的刹车片、发动机叶片、着陆齿轮箱和机身结构材料等，还可用做体育用品，其短切纤维则可用做高温炉材等。

碳化硅纤维

制备方法：

碳化硅纤维的制造方法有先驱体转化法、化学气相沉积法（CVD）、活性碳纤维转化法和超微粉高温烧结法4种，目前广泛使用的是先驱体法，技术相对成熟，生产效率高，成本比较低，适合工业化生产。

耐温温度：

自20世纪80年代SiC纤维问世以来，SiC纤维已有三次明显的产品迭代，其耐热性与强度都得到了明显增强。目前，第三代碳化硅纤维的最高耐热温度达1800-1900℃。

7.氮化硼耐火纤维

氮化硼纤维是一种新兴材料，具有耐高温、耐化学腐蚀、加工性好、自润滑、与多种金属不浸润、介电常数和损耗角正切小等优良特性，主要用于陶瓷基复合材料增强剂、导弹和飞行器的微天线窗零件等。

氮化硼连续纤维

制备方法：

以硼酸为原料制备B2O3无机前驱体，然后在NH3(＞1000℃)和N2(＜2000℃)中氮化得到氮化硼前驱体，进一步处理得到氮化硼纤维。

耐温温度：

高质量的氮化硼纤维可在900 ℃以下的氧化气氛和2800 ℃以上的惰性气体中长期使用。

8.氧化锆耐火纤维

由于碳纤维在航天领域暴露出易氧化、隔热差等问题，以及超高温复合材料的需要，氧化锆连续纤维的研究受到关注。氧化锆(ZrO2)纤维是一种多晶无机耐火纤维，耐高温、抗氧化、耐酸碱腐蚀、化学性能稳定、隔热性能优异，且常温下绝缘而高温下导电，因此氧化锆纤维及其制品纤维板、纤维布、纤维毡等在航空航天、原子能、冶金和石油化工等行业有着极大的应用需求。

氧化锆纤维

制备方法：

制备氧化锆纤维，特别是连续纤维，普遍采用前驱体转化法，即先制得有机或无机的前驱体纤维，再将其热处理转化为预定组成和结构的氧化锆纤维。还有一些方法，如电化学气相沉积法、电泳法、ZrO2-Fe3O4共晶直接固化法等都不适于工业化生产。

耐温温度：

氧化锆纤维可在1500℃以上的超高温下长期使用，最高使用温度可达2200℃，即使在2500℃下仍能保持完整的纤维形状。

9.硼纤维

硼纤维是一种在金属丝上沉积硼而成的无机纤维，具有高压缩强度、高拉伸强度、高弹性模量、低密度（相对密度为钢材的1/4）、质量轻、耐高温、耐酸碱、绝缘性好、可吸收中子等特性，综合性能优于常见的玻璃纤维与碳纤维，是良好的增强材料，可与金属、塑料或陶瓷复合，制成高温结构用复合材料，由于其高的比强度和比模量，在航空、航天和军工领域获得广泛应用。硼纤维活性大，在制作复合材料时易与基体相互作用，影响材料的使用，故通常在其上涂敷碳化硼、碳化硅等涂料，以提高其惰性。在硼纤维基础上利用纳米技术生产得到的纳米硼纤维，其强度更高，是碳纤维的三倍，质量更轻，是碳纤维的三分之一，可作为高性能增强剂用来制造超高性能复合材料，在航空航天与军工国防领域具有广阔应用前景。

制备方法：

硼硬度高，仅次于金刚石，无法直接制造纤维，通常是以金属丝以及石英、玻璃、石墨长丝为芯材，将硼覆盖于表面制得硼纤维。硼纤维制备工艺主要有化学气相沉积法、乙硼烷热分解法、硼熔融法等，其中化学气相沉积法是主流工艺。通常将氯化硼与氢反应，还原成的硼在经过电化学清洗过的直径10 µm左右的钨丝上沉积，再加热到1200℃左右，可用自身电加热或高温感应加热制得硼纤维。

耐温性能：

硼纤维在惰性气体中，高温性能良好（熔点熔点2050℃），在空气中起过500℃时，强度显著降低。

总结

除了以上纤维材料外，还有碳化硼纤维、氮化硅纤维及各种晶须等耐火纤维材料，在当今高科技和尖端技术领域发挥重要作用。在主流的几种耐火纤维中，碳纤维的研究和应用已达到较高水平，其最鲜明的特点是高比强度和高比模量，然而它也有固有的缺点，如断裂伸长率小、热导率大、高温抗氧化性差等；除氧化锆纤维外的其他纤维也分别存在强度低、使用温度低、热导率大、耐腐蚀性差等缺点。

随着我国经济的快速发展，节能环保将成为永恒的话题，以隔热保温为主要用途的耐火纤维，将是发展的热点。特别是随着高科技的不断进步，对高档连续纤维的需求量会大幅度增加，后续也会逐渐往耐火纤维增强复合材料的方向发展，结合不同材料的优势，来提高纤维材料的综合性能。

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