MgO-SiO2熔体分相与陶瓷纤维粉化机制研究

MgO-SiO2陶瓷纤维是冶金、石化、建材、机电等行业高温绝热保温领域的新型环保高效节能材料。目前MgO-SiO2陶瓷纤维的局限性在于高温服役状态下粉化导致的性能恶化和使用寿命降低。该系纤维粉化的原因在于熔体分相结构诱使高温下的析晶及晶体的长大。因此，需要研究MgO-SiO2熔体分相和陶瓷纤维析晶、粉化机制，探求抑制分相和粉化的有效途径。本项目将对MgO-SiO2成纤区熔体分相机制进行研究，阐明纤维分相的高温结构演变机理，确定纤维玻璃相结构特征对析晶机制的影响规律，探明分相与析晶粉化之间的作用机制；在此基础上，设计组成优化的复合添加剂，对纤维性质不同阶段进行分段、协同调制，有效抑制或降低MgO-SiO2陶瓷纤维的粉化趋势，提高使用寿命。为发展节能、环保、长寿命的新型MgO-SiO2陶瓷纤维提供理论依据。

本项目针对镁硅陶瓷纤维服役状态下析晶粉化导致的性能恶化和使用寿命低等缺陷，分析了该系熔体分相状态及纤维结构特征，摸清了影响熔体分相及纤维的析晶、粉化过程的关键因素，设计并探讨了复合添加剂对熔体和纤维在制备过程及服役状态下的协同调制作用机制。结合研究获取的不同种类添加剂在纤维制备和服役阶段的特征作用规律，设计的复合添加剂，在提供非桥氧以调制镁氧配位的同时，利用添加剂离子在结构中的赋存特点，增强了网络结构强度和高温液相粘度。因而，在抑制镁硅熔体分相的基础上，既扩大了熔体成纤操作区间、增强了纤维玻璃相网络结构，又提高了高温下质点的扩散活化能和纤维服役状态下的液相析出温度。经过调制后的镁硅陶瓷纤维析晶和粉化趋势得到抑制，使用寿命得到显著提高。本项目的系列成果为耐高温生物可溶陶瓷纤维的发展提供了新思路，将为相关系列陶瓷纤维的开发提供重要的理论依据。