本发明专利技术涉及一种用于将预先通过在含金属蒸气的气氛下进行气-液-固沉积得到的α-Al2O3晶须纯化的方法。所述方法包括在受控气氛炉中从纤维表面处以及从位于纤维末端的熔滴中使金属杂质挥发。本发明专利技术还涉及可通过如上文所限定的方法得到的并且在纤维表面和末端部分基本不含金属杂质的经纯化的α-Al2O3晶须，以及如上文所限定的经纯化的α-Al2O3晶须作为用于制备陶瓷复合材料、金属复合材料或聚合物复合材料的填料或增强剂的用途。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术涉及一种用于将预先通过在含金属蒸气的气氛下进行气-液-固沉积得到的α-Al2O3晶须纯化的方法。所述方法包括在受控气氛炉中从纤维表面处以及从位于纤维末端的熔滴中使金属杂质挥发。本专利技术还涉及可通过如上文所限定的方法得到的并且在纤维表面和末端部分基本不含金属杂质的经纯化的α-Al2O3晶须，以及如上文所限定的经纯化的α-Al2O3晶须作为用于制备陶瓷复合材料、金属复合材料或聚合物复合材料的填料或增强剂的用途。【专利说明】
本专利技术涉及一种用于将预先通过在含金属蒸气的气氛下进行气-液-固沉积(VLS)得到的C1-Al2O3晶须纯化的方法。所述方法包括在受控气氛炉中使金属和氧化物杂质挥发。
技术介绍
纤维增强复合材料可承受比未增强的同等基质更高的负荷，具有优异的机械性能。当与包含具有更高各向同性的特定增强剂的复合材料相比时，以连续纤维增强的复合材料提供了显著的沿纤维方向的比强度(specific strength)和刚度。然而，纤维增强复合材料由于氧化而在升高的温度下的使用受限；因此，稳定的氧化物纤维(主要为α-氧化铝(C1-Al2O3，刚玉))是最佳候选物。它们的轻质、高刚度、高疲劳强度和耐磨性以及它们在高温下的优异性能使得氧化铝增强复合材料理想地用于不同的结构应用中。例如，用于形成用于热绝缘的片材中；以及作为不同应用领域(例如，建筑、航空航天、电力事业(power utility)、汽车和军工行业)的陶瓷、金属或塑料复合材料(分别为CMC、MMC和PMC)的填料/增强剂。纤维的临界参数是它们的长径比或纵横比。该比率必须高于20以取得明显改进，并且较高纵横比应成比例地提高增强作用。为此，多晶纤维存在许多缺点，因为当温度升高时发生晶粒生长，随之拉伸强度降低。结果，多晶Al2O3纤维的机械性能在>1000°C时快速降低。通常通过添加剂来限制高温下的晶粒生长，导致降低的晶粒生长和改进的抗性。 克服该不便之处的另一种方法是使用晶须(单晶氧化铝纤维)，晶须由于具有增强的机械性能并且不表现出晶粒生长而优于多晶纤维。工业规模生产单晶a -Al2O3纤维的可用的方法很少，因为它们需要非常昂贵的结晶表面(例如，在文献US4，806，198中描述的蓝宝石)或高温(有时高于Q-Al2O3的熔点，20500C )以及其他因素。还通过气相方法制备了 a -Al2O3晶须，如US3，514，256 (GB849051)所述，在该方法中，在1100°C至1450°c下，在氢和无机硅化合物的存在下加热氧化铝粉末。ES2146506描述了一种在惰性气氛下使用气-液_固沉积(VLS)来生产Al2O3晶须的方法，该方法采用特征性纤维末端熔滴机理(characteristic fiber ending dropmechanism)，使用更便宜的起始材料。然而，该方法需要改进，主要因为现有物质在给定温度(1550°C )下在液相中的不稳定性。ES2182684描述了在Ar气氛下，在1550°C至2050°C下，向铝和粉状二氧化硅中添加所选择的过渡金属(主要是Ni和Co，以及它们相应的金属氧化物)。所得的气氛(含有少量的金属蒸气)引起在Q-Al2O3纤维的产量和质量上的显著提高。ES2204291还介绍了对于相同方法而言用于生产过渡金属蒸气的不同途径，例如，金属物质的酸性/碱性溶解，或金属离子注入技术。先前描述了在α-氧化铝纤维的气相形成中使用过渡金属作为用于形成容器陶瓷材料的一部分，所述陶瓷材料包含二氧化硅和铁氧化物，并且较少程度地包含二氧化钛、氧化铬、氧化锆或氧化钴(GB1203342、US3, 788，935、US3, 668，062 和 US3, 421，85)。认为这些氧化物在该过程中有益地起作用，但是没有提及进一步的机理解释。EP0640382描述了在800°C至1000°C下经由组成为Fe-N1-Cr-Al、Fe-Cr-Al或N1-Cr-Al的金属纤维形成氧化铝晶须。由于过渡金属(或相应的金属氧化物)的使用，它们作为杂质少量地累积在位于纤维末端的熔滴中，并且，这使得能够通过氧化铝单晶的沉积来生长。根据J.Am.Ceram.Soc.2003，86，1683-1690，纤维熔滴中的这些杂质可通过酸侵蚀来移除。然而，必须去除这些熔滴以抑制氧化物晶须的形成。用强酸来纯化氧化铝晶须在本领域中是公知的(EP0375325)。ES2278528(以及J.Europ.Ceram.Soc.2006，26，1561-1565)描述了用HF与硝酸的混合物来纯化通过氧化剂分压产生的α-氧化铝纤维。在US3，947，562 (GB1489346)中描述了在800°C下的氧气流作为氧化铝纤维的纯化方法。在1965年初，US3，391，681要求保护使用过渡金属(例如，Ni或Co)，通过机械地将金属从纤维中分离或者通过用选择性的强酸混合物(例如，硝酸或硫酸)进一步处理纤维，纯化通过VLS形成的氧化铝晶须。W090/14451也要求保护一种用于纯化使用Ni催化剂通过化学气相沉积(CVD)生产的金属碳化物、氮化物和碳氮化物晶须的两步法。在第一步中，在350°C至400°C下以及在Ar压力下用HCl处理晶须，以使残余的Ni催化剂转化为NiCl20在第二步中，在1000°C以及Ar压力下加热晶须，以升华NiCl2。然而，这些方法不能完全去除金属杂质，仅能够去除位于纤维末端的熔滴中而不是纤维表面处的金属。W02009/102815要求保护一种水热法，其用于在高于IOOKPa的压力下生产α-氧化铝纤维 。在该方法中，提及了使用强酸和强碱来去除纤维表面的杂质，这些杂质来自粘合剂(例如CaSi03、MgSi03、Zr02、TiO2或SiO2)的使用。然而，在纯化步骤后观察到了纤维内部结构的污染。因此，显然需要开发新的方法用于处理通过VLS形成的氧化铝纤维或晶须，以移除在生长机理期间沉积的金属杂质。这样的方法必须以避免纤维内部结构中的污染的方式来移除纤维表面的杂质以及纤维末端的熔滴中所含的杂质。
技术实现思路
本专利技术的专利技术人开发了一种新方法，该方法能够移除在α_氧化铝晶须的制备期间在该晶须中累积的金属杂质，该晶须在金属蒸气气氛的存在下通过气-液-固沉积(VLS)来制备。本专利技术的方法基于利用升华或热分解来使固相中的杂质挥发，从而避开液相。通过该方法，使杂质从纤维转移到气相中。相对于现有的纯化方法，这是一个优点，因为可从纤维表面处以及纤维末端的熔滴中去除金属杂质，而不影响晶须的内部结构。本专利技术方法的另一个优点是其对金属杂质的选择性而不影响其他纤维组分。在执行本专利技术方法所用的条件下，尤其是使用氧分压低于KT1am的真空和1400°C至2000°C的温度，氧化铝比待移除的形成杂质的金属及氧化物(例如，Ni0、Ni203和Fe2O3)更稳定。在一个特定实施方案中，本专利技术的方法使得从纤维表面处以及从纤维末端含有所述杂质的熔滴中将纤维中的每种金属杂质(更特别是Si和/或金属(例如，N1、Co和Fe)，无论是金属形式还是氧化物形式)降低至少50倍。然而，构成纤维的氧化铝结构保持不变。还应指出的是，本专利技术的纯化方法仅在一个步骤中进行，而无需使用常用于纯化铝纤本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种能够通过下述方法得到的α‑Al2O3晶须，所述方法包括在含有过渡金属蒸气的气氛下进行气‑液‑固沉积，其特征在于，所述α‑Al2O3晶须含有低于1000ppm的金属杂质或其氧化物。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：卡门·塞雷塞多费尔南德斯，维克托·瓦尔卡塞尔华雷斯，弗朗西斯科·吉蒂安里韦拉，乔斯·米格尔·卡马诺卡斯特罗，阿尔弗雷多·罗德里格斯卡雷拉，
申请(专利权)人：尼尔奥克SL，
类型：发明
国别省市：西班牙;ES
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