【doc】氧化锆纤维布的研究
氧化锆纤维布的研究 氧化锆纤维布的研究 胡利明陈虹马峻嶂吴建崦
(山东工业陶瓷研究设计院,淄博255031)(武汉理工大学,武汉430072) 摘要氧化锆纤雄市是太容量碱性电池的理想隔膜材料.本文研竟了氧化锆纤雌布的刺备工
艺,原料纤堆,浸渍工艺参数,熟处理工艺等对氧化锆圩堆布性能的影响.所研制的氧化锆纤堆布在太
容量镍氢屯池中作曲隔膜得到了应用,电性能厦吸碱速率和吸碱量优于美国产品,但强度低于美国产
品.
关键词氧化锆纤雌布电池隔膜 1前言
氧化锆纤维布是用特种有机纤维,经设计编 织成具有特殊结构的有机纤维布作为先驱体,浸 渍含稳定剂的锆盐溶液,经过与制备氧化锆纤维 相同工艺,最后在特定气氛及热处理工艺条件下 煅烧而成,它具有普通布的外观特点,平整,柔软, 具有一定强度….
氧化锆纤维布主要用作高性能M—H2电池 的隔膜.氧化锆纤维布膜是目前国际上最先进的 航天用电池隔膜,它具有良好的耐碱,耐热和抗氧
化性能,而且透气性好,吸碱率高,面电阻小等特 点.美国从8o年代初开始研制氧化锆纤维布 膜L,并逐步应用到Ni.电池中,目前已实用 化,商品名为ZYK-15系列.使用氧化锆纤维布作 卫星用M.电池隔膜,不仅使电池性能提高,而 且使电池使用寿命成倍增加,进而延长了卫星的 使用寿命.
氧化锆纤维布还可作为高温电解槽的隔膜, 使电解槽温度由6o一80提高到160,200,从 而使电解能耗大幅下降,电解效率成倍增加.此 外,它还是理想的烧结电子陶瓷,如PTC的铺垫 隔热材料,它还可用于超高温(2000)条件下的 隔热及高温强腐蚀介质过滤等.
本文研究了氧化锆纤维布的制备工艺及各参 数对性能的影响,制备的氧化锆布经上海航天 811所进行了性能测试及应用试验. 2实验 2l实验原料
采用分析纯zw-A2?8H20,03,Ca0,Mgo及吸 水率高的,在酸性介质中分子长链能打开的有机 前驱体布. 2.2制备工艺
本研究采用有机布前驱体浸渍锆盐后经热处 理形成Zr02纤维布,其工艺流程如图1所示.
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田1氧化锫纤维布的制作工艺漉程圈 3结果与讨论
3.1原料纤维及原纤布结构研究
Zr02纤维布是用有机纤维布作为前驱体,浸 人锆盐溶液,锆盐通过物理吸附,化学吸附,毛细 管凝结等进入有机纤维及吸附于纤维表面,在一 定温度下热解气化去除有机成分,留下锆盐,并在 更高温度下分解锆盐形成Zr02,从而变成了具有 有机前驱体一样结构与形貌的zro2纤维布.因
作者简升:胡利明(1962)男.硕士研究生主要从事陶瓷纤维,隔热材料, 结构陶瓷等方面的研究 2l
此,原料纤维的质量,细度及纤维布的结构等,直 接影响zr02纤维布的强度,柔性,吸碱率等诺多 方面.
我们在同一种锆盐溶液中,分别对丙纶,晴 纶,粘胶,棉质帆布等纤难布进行了比较研究.结 果表明,丙纶,晴纶纤维布在酸性锆盐溶液中溶胀 性差进八和吸附在纤维_L的锆盐少,热处理后 无法形成ZrO2纤维布.棉质纤维布及帆布作前
驱体.可形成ZrO:纤维布,但由于棉布缩水性很 强.棉纤维较短,所制得的z0,纤维布平整性达 不到要求,帆布为前驱体制得的ZrO纤维布柔性 较差.也不适合只有粘胶类纤维布其有机聚合 物纤维分子链容易溶胀,纤维索分子间的氧键易 于断裂.产生更多的羟基同水分子结合形成更多 的吸附中心,从而可以吸附更多错盐,最适合于作 为制备ZrO!纤维布的前驱体.对原料纤维的单 丝直径及编织结构研究表明,单丝纤维直径在4 ,
7tLU1较为合适.布的结构视其使用情况而定 3.2锆液配方
众所周知氧化锖有3种晶体结构形式:单 斜,四方和立方结构,相互间存在下述转变关系: 单斜四方方液态
单斜相在l170’lJ以下都是稳定的.四方相稳 定于l170~C,2370?之间.立方相稳定温度范围 是2370~至熔点(2680~;?l5).而当单斜相向 四方相相变阶段时会产生很大的体积变化(约 7%,89i).因此,如果不阻止此棚变的发生.ZrO 纤维将在冷却过程中因相变时.体积的变化而粉 化解决的办法为添加离子半径与一离子半 径相近的添加剂(即稳定剂),使之与氧化锆形成 置换型固溶体,以避免这一相变的产生.使四方氧
化错在低温下稳定.常用的稳定剂有CaO,Mgo, (O,,Y,O和部分三价稀土氧化物稳定剂的选 择及加入量可视Zr02纤维布的用途而定.据资 料及试验分析,ZrO2一?O系固溶俸经长时间热处 理会发生分解,析出M舯.导致制品破坏或强度降 低.ZrO.CaO系固溶体.在长时问加热也会发生 部分分解.而使氧化锆失去稳定性,因此认为 Y1O作为稳定剂比较理想.而且用Y203稳定的 氧化锆化CaO和M稳定的氧化锆更具化学稳 定性.这主要有如下诸因素: -----…--
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(1)z离子的半径(0.82A)和Y]的离子 半径(O.96A)之间比M+(0.66A)或ca2(1.()3 A)的离子半径差~r14,.
(2)Zr~和Y.之间的电荷差比Ca2,M的 小.
(3)Y203和Zr02有较多的共价连接 稳定剂Y203的加入,大大提高r氧化锆纤维 布的成本,其加入量可视用途而定,作为电池隔 膜,氧化锆主要在强碱介质和低温下(200~C以下) 使用.加入4%,7%(质量分数)的作为稳
定剂,就可获得满意的使用物理性能.耐碱损失小 于0.5%.
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