1.4.1 编织法
所用原料为长纤维,将纤维织成布,叠成多孔材料,或者直接利用三维编织技术将纤维编织成多孔材料。三维编织技术是国外20世纪80年代初发展起来的新型技术[3],是用来制造复合材料预制件的新兴工艺。用三维编织的多孔材料的气孔率、孔径、气孔排列及形状是高度可控的[4]。这是其他多孔陶瓷成形方法中所不能比拟的优点。三维编织的陶瓷纤维体,具有质轻、不分层、高比强度、高比模量、基体损伤不易扩展、高抗冲击性能以及耐烧蚀、抗高温等独特的优点。
但它目前受两个条件的限制,一是目前陶瓷长纤维大部分还只是处于研究阶段,成熟的、可纺性能好的产品还很昂贵,这限制了这种方法的应用;二是三维编织机制造技术水平要求很高,价格也很昂贵。
1.4.2 缠绕法
美国ＤＬＣ公司发展了一种型号为ＰＲＤ-66的烛型陶瓷纤维过滤元件。它是由陶瓷纤维、煅烧氧化铝和发烟氧化铝粉等原料制成。其过滤元件的法兰部分、坯体及膜层均是由预涂有氧化铝料浆的纤维在预先制成的具有弹性的坯体模型上缠绕而成。坯体形成一定的厚度时,将其自然干燥,取出母模,在1400℃左右烧成。在烧成过程中,纤维表面的氧化铝等会和纤维组分中ＳｉＯ2、ＭｇＯ等反应形成主晶相为莫来石、堇青石和刚玉的陶瓷纤维过滤材料。通过调整纤维的直径、料浆浓度及粘度、坯体缠绕速度及膜层厚度可以获得不同性能的陶瓷纤维过滤元件[5]。
日本住友3Ｍ公司生产的Ｏｘ-ＣＣＦ型高温气体收尘器,里外两层采用长纤维缠绕,以加强过滤体的韧性及强度,中间层用短纤维填充作过滤体,制作的收尘器不仅强度高、耐化学腐蚀性好,而且收尘效率高达99.99%以上[6]。
1.4.3 真空抽滤法
真空抽滤法所用原料一般为短纤维及粘结剂。将纤维以一定的方法堆积或填充同时施以粘结剂,由于纤维的弹性和细长结构,将互相架桥可形成相对均匀、具有一定形状的气孔结构以及气孔率很高的三维网络结构,高温烧结固化就得到了气孔率很高的多孔陶瓷,这种多孔陶瓷的气孔率可高达90%以上(如图3所示)。法国ＧＭＢＨ公司采用该成形方法生产的ＫＥ85系列纤维质多孔陶瓷材料[7],其开口孔隙率可以达到85%以上,被广泛用作热气体过滤材料。
2 陶瓷纤维过滤器的应用
2.1 空气净化
最早作为空气净化的过滤材料是第一次世界大战末作为军用防毒面具滤烟层过滤介质的含石棉纤维过滤纸。玻璃纤维作为空气和气体过滤介质,于1940年10月在美国首次获得专利权。美国、日本等国家ＵＩＰＡ过滤纸的研制成功和开发利用,对其集成电路、自动化仪表和航天航空等尖端技术的飞跃发展,提供了关键的空气过滤材料。这种材料的特点是:①过滤捕集的尘埃是超细微粒,粒径小于0.1μｍ;②过滤效率特别高,在800 ｈ风量下,对粒径0.1μｍ大小的尘埃过滤效率高达99.9995%以上;③阻力比较低,在800 ｈ风量下,空气流阻力不大于250Ｐａ;④抗水性能好,不仅能过滤常规空气,也能过滤含湿空气,抗水性不低于2500Ｐａ;⑤强度较高,挺度也很好。康定学[8]利用陶瓷纤维和玻璃纤维为主要原料制备陶瓷纤维纸,试验样品送重庆无线电专用设备厂做成过滤器,其规格是ＧＢ-01型(484 ×484 ×220 ),用钠焰法测得的过滤效率已达到99.998%(空气流阻力205.8Ｐａ,额定风量1000 ｈ,钠焰喷雾粒径≤0.5μｍ)。
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