세라믹 섬유 및 응용 분야의 개발 상태 및 새로운 품종

이 기사에서는 세라믹 섬유의 개발 상태 및 응용 분야가 국내 및 국제적으로 새로운 품종의 연구 및 개발에 대해 설명합니다. 가볍고 효율적인 단열재로서 세라믹 섬유는 전통적인 단열재 재료에 비해 많은 비교할 수없는 이점을 가지고 있습니다. 에너지 절약에 대한 전 세계적으로 강조함으로써 세라믹 섬유는 광범위한 응용과 빠른 발전을 얻을 것으로 예상됩니다. 또한, 세라믹 섬유가 다른 단열재 재료를 대체 할 수있는 잠재력은 실질적이므로 세라믹 산업에서 홍보 할 가치가 있습니다.

1. 소개

내화성 세라믹 섬유는 가볍고 매우 효율적인 열 단열재입니다. 전통적인 단열재와 비교하여 다음과 같은 성능 이점이 있습니다.

1. 용광로 안감으로서의 벌크 밀도 :세라믹 파이버 라이닝은 경량 단열 벽돌보다 75% 가벼우 며 가벼운 캐스트 가능성보다 90-95% 가볍습니다. 광섬유 라이닝을 사용하면 강철 구조의 강철 구조 하중이 크게 줄어들고 서비스 수명을 연장합니다.
2. 저열 용량 :세라믹 섬유의 열 용량은 가벼운 내화 된 안감과 주조물의 약 1/10입니다. 이 낮은 열 용량은 가마가 작동 중에 열을 덜 흡수하여 용광로 시동 및 셧다운 중에 가열이 빠르고 에너지 소비를 크게 줄일 수 있음을 의미합니다.
3. 기타 장점 :응용 기술이 향상됨에 따라 세라믹 섬유는 지속적으로 새로운 분야로 확장되고 있습니다. 세계 에너지 가격 상승으로 인해 에너지 절약이 우선 순위가되었습니다. 절연 벽돌 및 주조물과 같은 전통적인 내화 재료와 비교할 때 세라믹 섬유는 10% -30% 더 많은 에너지를 절약하여 중국에서 더 넓은 응용 프로그램과 유망한 전망을 얻을 수 있습니다.

2. 국제 개발 및 응용세라믹 섬유

2.1 해외 세라믹 섬유 개발

Ceramic Fibers는 1941 년 미국에 본사를 둔 Babcock & Wilcox Company가 천연 카올린을 사용하여 아크로 용융 및 부는 것을 통해 섬유를 생산 한 1941 년에 처음 등장했습니다. 1940 년대 후반 미국 기업들은 항공 산업을위한 알루미노 실리케이트 섬유를 생산하기 시작했습니다. 1960 년대까지 미국은 산업 용광로 안감을위한 다양한 세라믹 섬유 제품을 개발했습니다.

미국과 캐나다는 주요 생산 업체로, 전세계 내화 섬유 생산의 약 3 분의 1을 차지하며 연간 약 100,000 톤의 생산량이 있습니다. 유럽은 3 위로 매년 약 60,000 톤을 생산합니다. 매년 전 세계적으로 생산되는 30 만 톤의 세라믹 섬유 중에서 제품 분포는 다음과 같습니다.

• 담요 및 섬유 모듈 : 45%
• 진공 형성 보드, 매트 및 특수 모양 : 25%
• 벌크 섬유 : 15%
• 섬유 로프 및 직물 : 6%
• 모양이없는 섬유 재료 : 6%
• 섬유 용지 : 3%

2.2 응용 프로그램 필드영형중국의 utside

내화성 섬유 제품은 기술 발전으로 다각화되고 기능화되었습니다. 이 제품은 600 ° C ~ 1600 ° C 범위의 온도 요구 사항을 충족 할 수 있으며 섬유 모듈, 보드, 특수 모양, 종이 및 직물뿐만 아니라 전통적인면, 담요 및 매트를 포함한 다양한 형태로 제공됩니다.

일부 고급 응용 분야에서, 다결정 지르코니아 섬유, 실리콘 질화물 섬유 및 실리콘 카바이드 섬유와 같은 생성물이 개발되고있다. 예를 들어, 미국의 DuPont는 고온 항공 우주 응용 분야에 대해 99.9% α-AL2O3을 함유하는 긴 다결정 알루미나 섬유를 생성합니다.

3. 중국의 세라믹 섬유의 개발 및 응용

중국의 세라믹 섬유 생산은 1970 년대 초에 베이징 내화 재료 공장과 상하이 내화 재료 공장에서 세라믹 섬유의 성공적인 개발 및 대량 생산으로 비교적 늦게 시작되었습니다. 10 년 넘게 생산 공정은 "아크 퍼니스 용광로, 광섬유를위한 단일 단계 공기 불고, 습식 수동 펠트 생산"과 같은 오래된 방법에 의존하여 제한된 기술과 좁은 제품을 만들었습니다.

1984 년, Shougang Corporation의 내화 재료 공장은 미국 기반 CE 회사의 저항 스피닝 방법을 사용하여 바늘 펀치 담요 생산 라인을 수입했습니다. 1987 년까지 미국 기업 BW와 Ferro에서 추가 생산 라인과 진공 형성 기술이 Henan Shanxian Electrical Factory, Guangdong Gaoming Aluminosilicate Fiber Factory 및 Guiyang 내화 재료 공장과 같은 기업에 도입되었습니다. 이러한 발전은 중국 세라믹 섬유 산업의 구식 생산 공정, 장비 및 제품 다양성을 변화 시켰습니다.

1986 년부터 중국은 수입 장비와 기술을 소화하고 흡수하면서 지역 조건에 적응했습니다. 이러한 노력으로 45 개의 기업에 설치된 저항 회전 (또는 공기 불고) 방법을 사용하여 82 개의 드라이 바늘 펀드 담요 생산 라인의 설계 및 구성으로 이어졌습니다. 연간 생산량은 10 만 톤을 초과하여 중국을 세계 최대의 세라믹 섬유 생산국으로 만들었습니다. 제품의 다각화와 함께 중국은 이제 저온, 표준, 고급 및 고 알루미나 유형을 포함한 다양한 세라믹 섬유 바늘 펀치 담요 및 초경량 수지 드라이 펠트 (보드)를 대량 생산합니다. 또한, 14% -17%의 ZRO2 함량을 갖는 지르코늄-함유 섬유 담요 및 1300 ℃를 초과하는 작동 온도도 제조된다.

1980 년대 후반 Naoi Textile Machinery, Pariot 및 Intrex와 같은 일본 기업들은 베이징에 투자하여 특수 세라믹 섬유 섬유 생산 기업을 설립했습니다. 이 회사들은 세라믹 섬유 직물, 테이프, 로프, 소매 및 개스킷의 대량 생산을 시작했습니다. 섬유 생산에 필요한 벌크 섬유 면화 및 장비는 완전히 현지화되었습니다. 1990 년대 초반, 베이징, 상하이, Liaoning의 Anshan, Shandong 및 Henan의 Sanmenxia는 미국, 프랑스 및 일본에서 세라믹 섬유 스프레이 기술과 장비를 소개했습니다. 세라믹 섬유 분무는 야금 및 석유 화학 산업의 산업용 가마 라이닝에 적용되어 상당한 에너지 절약 및 경제적 이점을 달성했습니다. 이 기술은 이후 다양한 산업 전반의 난방 장치에서 널리 홍보되고 성공적으로 적용되었습니다.

현재 중국의 세라믹 섬유 산업은 지속적인 조정 및 개발 단계에 있습니다. 생산 기술 및 장비, 특히 드라이 바늘 펀치 담요의 경우 전 세계적으로 고급 수준에 도달했습니다. 크롬 함유 및 지르코늄-함유 알루미노 실리케이션 섬유 보드, 다결정 알루미나 섬유, 다결정 뮬 라이트 섬유 및 혼합 섬유 제품과 같은 신제품은 성공적으로 개발 및 산업화되어 포괄적 인 범위의 경량 내화 재료를 형성했습니다.

세라믹 섬유 필터는 일반적으로 강도가 낮지 만, 저렴한 고강도 연속 섬유 강화 세라믹 섬유 필터의 개발을 향해 진화하고 있습니다. 이 필터는 우수한 특성으로 인해 탈황, 탈질 및 촉매 전환을 포함한 고온 연도 가스 여과에서 점점 더 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다. 고온 연도 가스 정제를위한 세라믹 섬유 여과는 아직 중국에서 시작되지 않았지만 최근의 응용 분야는 세라믹 필터에 대한 전 세계 수요가 높은 성장 추세를 나타냅니다. 중국에서 고온 연도 가스 세라믹 여과 기술의 홍보 및 적용은 곧 현실이되어 에너지 절약 및 배출 감소 목표에 기여할 것입니다.

최근 몇 년 동안 첨단 기능성 재료로 개발 된 새로운 세라믹 섬유에는 UV- 내성 섬유, 열 재개 및 절연 섬유, 항균 및 냄새 내성 섬유, 중성자 내성 섬유, 전도성 섬유 및 자기 섬유가 포함됩니다. 섬유에서 세라믹 마이크로 파우더의 적용도 크게 확장되고있다.

4. 세라믹 섬유의 새로운 품종과 응용

4.1 새로운 세라믹 섬유 복합재

보고서에 따르면 최근 몇 년 동안 일본은 군사 엔진을위한 새로운 세라믹 섬유 복합재를 개발하고 생산했습니다. 예를 들어, Mitsubishi Corporation은 전투기 제트 엔진 및 로켓 엔진에 사용할 수 있도록 세라믹 섬유 복합재를 설계했습니다. 이 복합체는 10 μm 세라믹 섬유를 3 차원 구조로 직조하고 유리질 물질로 코팅함으로써 만들어집니다. 세라믹 섬유는 열 내성이지만 부서지기 쉬운 반면 복합재로 변환하면 강도가 크게 향상됩니다.

탄소 섬유 복합재는 일반적으로 항공기 및 로켓 몸체에서 사용되지만 최대 300 ° C의 환경 만 견딜 수 있기 때문에 온도 제한으로 인해 엔진에 거의 적용되지 않습니다. 결과적으로, 니켈 기반 합금이 일반적으로 사용된다. 그러나, 새로운 세라믹 섬유 복합재는 탄소 섬유 복합재에 비해 우수한 고온 저항성을 제공하며 니켈 기반 합금보다 50% 가볍습니다. 이 재료는 일본 국방부를위한 전투기 제트 엔진 노즐에 대한 현장 시험을 거쳤으며 로켓 엔진 용 프로토 타입 부품을 제조하는 데 성공적으로 사용되었습니다. 2005 년까지 그들은 로켓 엔진 엔지니어링에 적용되었습니다.

4.2 세라믹 섬유 모듈

세라믹 섬유 모듈은 안감의 전반적인 무결성을 향상시키면서 가마 구조를 단순화하고 신속하게 만들기 위해 설계된 새로운 유형의 내화 용광로 안감 제품입니다. 이 모듈은 흰색과 균일 한 치수로 특징 지어져 산업용 가마 껍질의 강판에 핀 핀에 직접 고정 될 수 있습니다. 이들은 우수한 내화 및 단열 특성을 제공하여 가마의 전반적인 단열성을 향상시키고 가마 건설 기술을 발전시킵니다.

세라믹 섬유 모듈은 사전 압축이 발생하며 라이닝이 완료된 후 확장은 원활한 구조를 보장하여 섬유 수축을 보상합니다. 이것은 절연 성능, 열 안정성 및 안감의 열 충격에 대한 저항성을 향상시킵니다. 모듈은 빠르게 설치되고 앵커는 안감의 차가운쪽에 위치하여 앵커의 재료 요구 사항을 줄입니다.

국가 에너지 절약 및 배출 감소 이니셔티브의 발전으로 벽돌 터널 가마의 개조가 시급 해졌습니다. 세라믹 섬유 모듈은 특히 벽돌 터널 가마의 천장에서 탁월한 단열성 성능으로 잘 알려져 있습니다. 이 모듈은 접힌 블록, 슬라이스 블록, 파이로 블록 및 진공 형성 블록을 포함한 다양한 형태로 제공됩니다.

다결정 뮬 라이트 섬유의 제조 방법과 결정질 구조의 차이로 인해 섬유는 짧고 유연하지 않으므로 큰 모듈을 생산하기가 어렵습니다. 결과적으로, 다결정 섬유는 주로 내화 벽돌 가마 벽과 천장의 내부 표면에 적용되는 타일 형태로 사용된다. 이 타일은 가마의 외벽 온도를 효과적으로 낮추면서 가마 벽의 열 저장 손실을 줄입니다.

현재 중국의 대부분의 세라믹 섬유 모듈 제조업체는 접힌 블록을 생산합니다. 이 블록은 바늘 펀치 담요를 접어서 성형 중에 기계식 장비로 미리 압축하여 만들어집니다. 그러나, 접힌 블록의 고르지 않은 표면은 침식 내성 코팅의 적용에 영향을 줄 수있다. 슬라이스 블록은 성형 후 담요의 접힌 가장자리를 차단 하여이 문제를 해결하여 더 나은 성능을 위해 매끄러운 표면을 만들어냅니다.

4.3 중공 세라믹 섬유 멤브레인

최근 몇 년 동안, 새로운 중공 섬유 세라믹 멤브레인은 상당한 관심을 끌었습니다. 이 막은 전통적인 세라믹 막의 장점을 유지할뿐만 아니라 다음을 포함한 추가적인 이점을 제공합니다.

• 높은 포장 밀도
• 단위 볼륨 당 큰 효과적인 분리 영역
• 얇은 막 벽
• 높은 투과 플럭스
• 자재 절약
• 분리 장비의 더 쉬운 소형화

이들 새로운 중공 섬유 세라믹 막의 적용은 세라믹 막의 분리 성능을 크게 향상시킬 것으로 예상된다. 고유 한 특성과 구조적 특성으로 인해 중공 섬유 세라믹 멤브레인은 다음과 같은 다양한 분야에서 점점 더 활용되고 있습니다.

• 폐수 및 가스 처리를위한 무기 분리 막
• 고체 산화 세라믹 막 연료 전지
• 마이크로 채널 반응기
• 촉매 지원

4.4 새로운 섬유 품종의 현재 응용

새로운 품종의 세라믹 섬유의 개발, 생산 및 적용은 세라믹 섬유 응용 기술 및 건축 방법을 상당히 발전시켰다.

예를 들어, 용융-스핀닝 방법을 사용하여 생성 된 지르코늄-함유 섬유는 광범위한 응용 프로그램을 갖는 비용 효율적인 유형의 알루미노 실리케이트 섬유이다. 그들은 다양한 산업 가마의 뜨거운 표면을위한 풀 섬유 라이닝으로 광범위하게 사용됩니다. 그러나이 분야의 국내 제품은 여전히 ​​국제 표준에 비해 품질 및 응용 프로그램 개발이 지연됩니다.

해외에서 크롬 함유 섬유는 지르코늄 함유 섬유보다 작동 온도 범위가 높은 새로운 품종으로 등장했습니다. 현재 중국에서 크롬 함유 섬유 생산 또는 응용에 대한보고는 없습니다.

5. 결론

세라믹 섬유는 산업, 민간 및 방어 부문에 널리 사용되는 고성능, 가벼우 며 효율적인 단열재입니다. 에너지 절약에 대한 전 세계적으로 강조가 증가함에 따라 세라믹 섬유는 개발 및 응용 분야의 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 중국에서 세라믹 섬유 생산의 예상 화합물 연간 ​​성장률은 30%이상이며, 고급 기능성 재료에 대한 지속적인 연구에 의해 주도됩니다.