氧化锆多晶纤维的形成机理、结构调控与高温性能优化研究

氧化锆纤维是由四方或立方相组成的多晶质纤维，与其他无机纤维相比具有使用温度更高、导热系数更小、蒸汽压更低、更耐酸碱和抗氧化等优势，是一种更先进的隔热和复合增强材料，在航空、航天等尖端技术和工业领域都具有特殊价值和广阔应用前景。本项目组采用聚锆前驱体法已解决了氧化锆纤维的关键制备技术，获得多项国家发明专利并部分实现了产业化转化。本项目将在此基础上，对纤维在高温下出现晶粒长大、相变等微观变化以及强度下降、脆断、粉化等宏观性能恶化问题，从微观结构入手，结合高温下晶粒生长理论，探明高强度氧化锆纤维晶粒的形成条件、晶粒的生长与抑制机制，细化晶粒；搞清高温下的相转变规律及影响因素，抑制相变。通过对纤维组成结构的调控，增大纤维气孔率和增强纤维表面的红外热辐射，优化纤维的高温隔热性能。这些问题的透彻认识在学术上和经济上都具有重要价值，也将为其自身的应用和其他结构、功能、复合材料的研制提供更新的发展平台。

氧化锆晶体纤维是一种更先进的隔热和复合增强材料，在航空、航天等尖端技术和工业领域都具有非常广阔的应用前景。但是氧化锆晶体纤维属于多晶纤维，组成纤维的晶粒在高温下容易由晶界的滑移和扩散引起晶粒的过度长大，从而造成纤维在高温下的力学性能下降明显。本项目围绕这一科学问题，从微观结构及其变化过程入手，进一步探明了前驱体的聚合与解析以及晶粒的成核、长大、排列取向与纤维性能之间的规律，采用了引入晶粒生长抑制剂、生长红外反射层等方法抑制晶粒的异常长大，纤维在高温下的力学性能有较大幅度提高。.发明了碱式碳酸锆-甲醇体系和氧氯化锆-甲醇体系制备聚醋酸氧锆溶胶以及氧化锆晶体纤维的方法，该方法更适用于工业化生产。.开展了CaO-ZrO2复合纤维的制备及其耐温性能研究。借助氧化锆晶体纤维的制备技术经验，合成、制备了ZnO纳米晶纤维，研究了其形成机理，对其光催化性质与纳米粉体材料进行了比较。.在该课题的资助下，在氧化锆晶体纤维的关键制备技术上和高温性能方面都有非常大的改进和提高，在学术和经济上具有重要的价值，同时推动了其他氧化物晶体纤维的合成、制备、改性等系列研究的开展。发表了9篇SCI收录论文，申请国家发明专利7项，授权1项。