セラミック繊維の開発状況と新しい品種とその用途

この記事では、セラミック繊維の開発状況と応用分野が国内および国際的に、ならびに新しい品種の研究開発について説明します。軽量で効率的な断熱材としてのセラミック繊維には、従来の断熱材よりも多くの比類のない利点があります。省エネに世界的に重点を置いて、セラミック繊維はより広範な用途と急速な開発を獲得することが期待されています。さらに、セラミック繊維が他の断熱材を置き換える可能性は実質的であり、セラミック業界で促進する価値があります。

1。はじめに

耐火性セラミック繊維は、軽量で非常に効率的な熱断熱材です。従来の断熱材と比較して、次のパフォーマンスの利点があります。

1. 炉の裏地としてのバルク密度が低い：セラミック繊維の裏地は、軽量の絶縁レンガよりも75％を超え、軽量の鋳造品より90〜95％軽量です。繊維の裏地を使用すると、kiの鋼構造荷重が大幅に減少し、サービス寿命が延びます。
2. 低熱容量：セラミック繊維の熱容量は、軽量の耐衝撃性ライニングと鋳造品の約1/10の容量です。この低熱容量は、動作中の熱が少なくなり、炉の起動とシャットダウン中の暖房が速くなり、エネルギー消費量が大幅に減少することを意味します。
3. その他の利点：アプリケーションテクノロジーが改善するにつれて、セラミック繊維は新しいフィールドに継続的に拡大しています。世界のエネルギー価格の上昇により、省エネが優先事項になっています。断熱レンガや鋳造品などの従来の難治性材料と比較して、セラミック繊維は10％〜30％のエネルギーを節約し、中国でより幅広い用途と有望な見通しを獲得できます。

2。国際開発と応用セラミック繊維

2.1海外のセラミック繊維の開発

セラミック繊維は、1941年に米国に本拠を置くBabcock＆Wilcox CompanyがNatural Kaolinを使用してARC炉の融解と吹きを介して繊維を生産したときに初めて登場しました。 1940年代後半、米国企業は航空産業向けにアルミノケイ酸塩繊維の生産を開始しました。 1960年代までに、米国は工業用炉の裏地用のさまざまなセラミック繊維製品を開発しました。

米国とカナダは主要な生産者であり、世界の耐火性繊維生産の約3分の1を占めており、年間生産量は約100,000トンです。ヨーロッパは3位で、年間約60,000トンを生産しています。毎年グローバルに生産されている30万トンのセラミック繊維のうち、製品の分布は次のとおりです。

• ブランケットとファイバーモジュール：45％
• 真空形式のボード、マット、特別な形：25％
• バルクファイバー：15％
• 繊維ロープとテキスタイル：6％
• 繊維のない繊維材料：6％
• ファイバーペーパー：3％

2.2アプリケーションフィールドo中国のutside

難治性繊維製品は、技術的な進歩により多様化され、機能化されています。これらの製品は、600°Cから1600°Cの範囲の温度要件を満たすことができ、伝統的な綿、毛布、マット、繊維モジュール、ボード、特殊形状、紙、織物など、さまざまな形で利用できます。

一部の高度な用途では、多結晶ジルコニア繊維、窒化シリコン繊維、炭化シリコン繊維などの製品が開発されています。たとえば、米国のデュポンは、高温航空宇宙用途向けに99.9％α-AL2O3を含む長い多結晶アルミナ繊維を生成します。

3。中国におけるセラミック繊維の開発と応用

中国のセラミック繊維の生産は比較的遅く始まり、北京耐火物工場と上海耐火物工場でのセラミック繊維の開発と大量生産の成功と大量生産により、1970年代初頭にのみ始まりました。 10年以上にわたり、生産プロセスは、「アーク炉の融解、繊維化のためのシングルステップの空気が吹く、湿ったマニュアルフェルト生産」などの時代遅れの方法に依存しており、限られた技術と狭い範囲の製品をもたらしました。

1984年、Shougang Corporationの耐火物工場は、米国を拠点とするCE社の抵抗回転法を使用して、針をパンチした毛布生産ラインを輸入しました。 1987年までに、追加の生産ラインと真空形成技術は、アメリカ企業BWおよびフェロから、河南上海電子工場、広東gaOMINGアルミノシリケートファイバーファクトリー、Guiyang耐火物材料ファクトリーなどの企業に導入されました。これらの進歩は、中国のセラミック繊維産業の時代遅れの生産プロセス、機器、および製品の多様性を変えました。

1986年から、中国は輸入機器と技術を消化および吸収し、現地の状況に適応させました。この努力は、45の企業に設置された抵抗回転（または空気吹き）方法を使用して、82の乾燥針パンチ型ブランケット生産ラインの設計と構築につながりました。その後、年間生産量は100,000トンを超えており、中国は世界最大のセラミック繊維の生産者となっています。製品の多様化に加えて、中国は現在、低温、標準、高性度、高アルミナタイプ、および超軽量級樹脂ドライフェルト（ボード）を含むさまざまなセラミック繊維針パンチブランケットを大量生産しています。さらに、ZRO2含有量が14％〜17％で、1300°Cを超える動作温度を備えたジルコニウムを含む繊維毛布も製造されています。

1980年代後半、NAOIテキスタイル機械、戦車、イントレックスなどの日本企業は、特殊なセラミック繊維繊維生産企業を設立するために北京に投資しました。これらの企業は、セラミックファイバーファブリック、テープ、ロープ、袖、ガスケットの大量生産を開始しました。必要なバルクファイバーコットンと繊維生産に装備は完全に局在していました。 1990年代初頭、河南省の北京、上海、リアオンのアンシャン、上海、サンメンキシアは、米国、フランス、日本からセラミック繊維噴霧技術と機器を導入しました。セラミック繊維スプレーは、冶金および石油化学産業の産業用キルンライニングに適用され、大幅な省エネと経済的利益を達成しました。この技術はその後、さまざまな業界の暖房装置に広く促進され、成功裏に適用されています。

現在、中国のセラミック繊維産業は、継続的な調整と開発の段階にあります。特に乾燥した針でパンチされた毛布用の生産技術と機器は、世界的に高度なレベルに達しています。クロム含有およびジルコニウムを含むアルミノシリケート繊維ボード、多結晶アルミナ繊維、多結晶性ムライト繊維、および混合繊維製品などの新製品は成功裏に開発され、工業化され、包括的な範囲の軽量の耐摩耗性材料が形成されています。

セラミックファイバーフィルターは、一般に強度が低いものの、低コストで高強度の連続繊維強化セラミックファイバーフィルターの開発に向けて進化しています。これらのフィルターは、その優れた特性により、脱硫、脱窒、触媒変換など、高温煙道ガスろ過においてますます重要な役割を果たすことが期待されています。高温煙道ガス浄化のためのセラミック繊維ろ過は中国ではまだ開始されていませんが、最近のアプリケーションは、セラミックフィルターの世界的な需要の高い成長傾向を示しています。中国の高温煙道ガスセラミックろ過技術の促進と適用がすぐに現実になり、省エネと排出削減の目標に貢献することが予見可能です。

近年ハイテク官能材料として開発された新しいセラミック繊維には、UV耐性繊維、熱保持および絶縁繊維、抗菌および臭気耐性繊維、中性子耐性繊維、伝導性繊維、磁気繊維が含まれます。繊維中のセラミックマイクロパウダーの適用も大幅に拡大しています。

4。セラミック繊維の新しい品種と用途

4.1新しいセラミック繊維複合材料

報告によると、近年、日本は軍事エンジン向けの新しいセラミック繊維複合材料を開発および生産しています。たとえば、Mitsubishi Corporationは、戦闘機エンジンやロケットエンジンで使用するためのセラミックファイバー複合材料を設計しています。これらの複合材料は、10μmのセラミック繊維を3次元構造に織り、ガラス状の物質でコーティングすることによって作られています。セラミック繊維は熱耐性ですが脆性ですが、それらを複合材に変換すると強度が大幅に向上します。

炭素繊維複合材料は、一般的に航空機やロケットボディで使用されますが、温度の制限のためにエンジンに適用されることはほとんどありません。最大300°Cの環境にしか耐えられないためです。その結果、ニッケルベースの合金が一般的に使用されます。ただし、新しいセラミック繊維複合材料は、炭素繊維複合材料と比較して優れた高温耐性を提供し、ニッケルベースの合金よりも50％軽量です。これらの資料は、日本国防省の戦闘機ジェットエンジンノズルでフィールドトライアルを受け、ロケットエンジンのプロトタイプコンポーネントの製造に成功しています。 2005年までに、彼らはロケットエンジンのエンジニアリングに適用されていました。

4.2セラミックファイバーモジュール

セラミックファイバーモジュールは、kiの構造を簡素化および促進しながら、裏地の全体的な完全性を高めるように設計された新しいタイプの耐火性炉の裏地製品です。これらのモジュールは、白い色と均一な寸法によって特徴付けられているため、産業用キルンシェルのスチールプレートにピンを固定するために直接固定できます。それらは優れた耐火性と断熱特性を提供し、kiの全体的な断熱性能を改善し、Kiln建設技術を進めます。

セラミックファイバーモジュールは事前に圧縮されており、ライニングが完了した後、その拡張によりシームレスな構造が保証され、繊維の収縮が補償されます。これにより、断熱性の性能、熱安定性、および裏地の熱ショックに対する抵抗が向上します。モジュールはすぐにインストールでき、アンカーは裏地の冷たい側にあり、アンカーの材料要件が削減されます。

国家省エネと排出削減のイニシアチブの進歩により、レンガ造りのトンネルkiの改修が緊急になりました。セラミック繊維モジュールは、特にレンガのトンネルkiの天井で、並外れた断熱性能に好まれています。モジュールには、折り畳まれたブロック、スライスブロック、パイロブロック、真空形式のブロックなど、さまざまな形式があります。

多結晶性ムライト繊維の製造方法と結晶構造の違いにより、繊維は短く柔軟性が低く、大きなモジュールを生成することが困難です。その結果、多結晶繊維は、主に耐火レンガkiの壁と天井の内側の表面に適用されるタイルの形で使用されます。これらのタイルは、kiの外壁温度を効果的に低下させ、ki壁の熱貯蔵損失を減らします。

現在、中国のほとんどのセラミックファイバーモジュールメーカーは、折りたたまれたブロックを生成しています。これらのブロックは、折りたたまれた毛布を折りたたんで、形成中に機械装置で事前に圧縮することによって作られます。ただし、折り畳まれたブロックの不均一な表面は、侵食耐性コーティングの適用に影響を与える可能性があります。スライスしたブロックは、形成後に毛布の折り畳まれたエッジを遮断することにより、この問題に対処し、パフォーマンスを向上させるために滑らかな表面になります。

4.3中空セラミック繊維膜

近年、新しい中空繊維セラミック膜が大きな注目を集めています。これらの膜は、従来のセラミック膜の利点を保持するだけでなく、以下を含む追加の利点も提供します。

• 高い梱包密度
• ユニットボリュームあたりの大きな有効分離領域
• 薄い膜壁
• 高透過流束
• 物質的な節約
• 分離装置の簡単な小型化

これらの新しい中空繊維セラミック膜の適用は、セラミック膜の分離性能を大幅に向上させると予想されます。独自の特性と構造的特性により、中空の繊維セラミック膜は、次のようなさまざまな分野でますます利用されています。

• 廃水およびガス治療のための無機分離膜
• 固体酸化物セラミック膜燃料電池
• マイクロチャネル反応器
• 触媒サポート

4.4新しい繊維品種の現在のアプリケーション

新しい品種のセラミック繊維の開発、生産、および適用は、セラミック繊維アプリケーション技術と建設方法が大幅に進歩しています。

たとえば、メルトスピニング方法を使用して生成されるジルコニウム含有繊維は、幅広い用途を持つアルミノケイ酸繊維の費用対効果の高いタイプです。それらは、さまざまな工業用キルンの熱い表面のフルファイバーライニングとして広く使用されています。ただし、この地域の国内製品は、国際基準と比較して品質とアプリケーション開発に依然として遅れています。

海外では、クロム含有繊維は、ジルコニウムを含む繊維よりも動作温度範囲が高い新しい品種として浮上しています。現在、中国ではクロム含有繊維生産またはアプリケーションの報告はありません。

5。結論

セラミック繊維は、産業、市民、防衛部門で広く使用されている高性能、軽量、効率的な断熱材です。省エネルギーの節約に世界的に重点を置いているため、セラミック繊維は開発と応用の膨大な可能性があります。中国でのセラミック繊維生産の予想される複合年間成長率は、高度な機能材料の継続的な研究によって駆動される30％を超えています。