陳瑞雪 孫藝文 尚冬梅 胡習(xí)文 楊 波 郭增革

（1.山東理工大學(xué)，山東淄博，255000；2.青島特殊鋼鐵有限公司，山東青島，266409）

陶瓷纖維是一種纖維狀輕量化耐火材料，具有高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、導(dǎo)熱率低和耐化學(xué)腐蝕等特性，可以與金屬、樹脂、陶瓷等基體進(jìn)行良好的復(fù)合，從而制備出各種性能優(yōu)良的復(fù)合材料［1］。陶瓷纖維一般可分為兩類，一類是非氧化物陶瓷纖維，如氮化硼（BN）纖維、氮化硅（Si3N4）纖維、碳化硅（SiC）纖維，另一類是氧化物陶瓷纖維，如氧化鋯（ZrO2）纖維、氧化鋁（Al2O3）纖維。相較于非氧化物纖維，氧化物纖維模量高、強(qiáng)度大、導(dǎo)熱率低、耐高溫，而且其大多是結(jié)晶態(tài)纖維，故有高溫抗氧化性，能夠彌補(bǔ)非氧化物纖維不能在高溫氧化環(huán)境中使用的缺陷［2］。

Al2O3基陶瓷纖維大多是多晶纖維，主要成分為Al2O3，并含有少量的SiO2、Fe2O3、MgO、Y2O3、B2O 等氧化物。Al2O3纖維的熔點(diǎn)高達(dá)2 050 ℃，沸點(diǎn)高達(dá)2 980 ℃，在1 650 ℃的大氣氣氛中仍具有優(yōu)異的力學(xué)性能。與其他纖維相比，Al2O3基陶瓷纖維表面活性高、生物相容性好、耐高溫、耐腐蝕，是一種綜合性能優(yōu)異的材料，常以墊、毯、板的形式用作隔熱材料，或作為陶瓷和金屬的增強(qiáng)材料用于工業(yè)或航空航天的高溫應(yīng)用［3］。

本文以Al2O3的晶型結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，系統(tǒng)總結(jié)了Al2O3基陶瓷纖維的制備方法和應(yīng)用領(lǐng)域，并展望了Al2O3基陶瓷纖維的未來發(fā)展趨勢(shì)和方向。

1 Al2O3的晶型結(jié)構(gòu)

Al2O3基陶瓷纖維是目前應(yīng)用范圍廣泛且性能優(yōu)異的陶瓷纖維之一。Al2O3有多種存在形式，具有十幾種同質(zhì)異晶體，如α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3、δ-Al2O3、χ-Al2O3、κ-Al2O3、θ-Al2O3等。不同晶型的Al2O3基陶瓷纖維其結(jié)構(gòu)和性能也不相同，通過改變?cè)辖M成、煅燒溫度、制備方法，可以得到不同晶型的Al2O3基陶瓷纖維。

α-Al2O3和γ-Al2O3是Al2O3眾多晶型結(jié)構(gòu)中最主要的兩種，其應(yīng)用也最為廣泛。α-Al2O3是熱力學(xué)上最穩(wěn)定的相，以其他形式存在的相在1 000 ℃~1 600 ℃的高溫下都會(huì)自發(fā)向α-Al2O3轉(zhuǎn)變［4-5］，如γ-Al2O3在1 200 °C 以上，羥基游離以后就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Al2O3。γ-Al2O3是最常用的過渡態(tài)氧化鋁，即活性氧化鋁，屬于立方晶系，目前尚未發(fā)現(xiàn)天然存在的產(chǎn)物，只能通過人工合成［6］。γ-Al2O3內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷多、形態(tài)呈多孔的小球狀，因此比表面積大、吸附能力強(qiáng)，具有較高的活性，被廣泛用于催化劑、過濾劑的載體。α-Al2O3俗稱剛玉，又稱煅燒氧化鋁、高溫氧化鋁，具有耐高溫、耐磨損、強(qiáng)度高和硬度大等良好的性能［7-9］。α-Al2O3為三方晶系，晶胞結(jié)構(gòu)分為菱面體晶胞和六面體晶胞，其晶體 呈 現(xiàn)出 八 面 體 結(jié)構(gòu)，屬 于R-3c 空 間 群［10］。α-Al2O3具有的獨(dú)特性能，使其廣泛應(yīng)用于高溫隔熱、結(jié)構(gòu)增強(qiáng)、電池隔膜等領(lǐng)域中。

2 Al2O3基陶瓷纖維的制備方法

制備Al2O3基陶瓷纖維的常用方法有浸漬法、淤漿法、卜內(nèi)門法、預(yù)聚合法、熔融法、溶膠-凝膠法、氣相-液相-固相法、靜電紡絲法、溶吹紡絲法、離心紡絲法等。其中，溶膠-凝膠法由于纖維直徑和成分易于調(diào)節(jié)，制備工藝簡(jiǎn)單，近年來得到迅速發(fā)展［11］。隨著人們對(duì)溶膠-凝膠法的了解與完善，研究者們逐漸意識(shí)到淤漿法、卜內(nèi)門法、預(yù)聚合法等都屬于溶膠-凝膠法。除熔融法外，高溫煅燒是最終得到Al2O3基陶瓷纖維的必經(jīng)工序［12］。

2.1 浸漬法

浸漬法是一種間接制備Al2O3基陶瓷纖維的方法。首先，將具有良好親水性的有機(jī)纖維（如粘膠纖維）作為基質(zhì)，浸漬在無(wú)機(jī)鋁鹽的水溶液中并混合，實(shí)現(xiàn)無(wú)機(jī)鹽在基質(zhì)中的均勻分散。待浸漬完成，再經(jīng)干燥、燒結(jié)、編織等工序去除基質(zhì)，進(jìn)而得到形狀復(fù)雜的Al2O3基陶瓷纖維。該方法生產(chǎn)成本較高，制備的纖維黏連嚴(yán)重，質(zhì)量較差，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。但優(yōu)勢(shì)在于，該方法不僅可以制備普通的纖維，還可以通過編結(jié)等步驟制備形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜的纖維膜，其產(chǎn)物常應(yīng)用于增強(qiáng)吸附、催化過濾等領(lǐng)域。

王佳等［13］將粘膠纖維浸漬在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的Al2O3溶膠后，再經(jīng)1 300 ℃煅燒得到了光滑均勻的α-Al2O3基陶瓷纖維。WANG Z 等［14］采用浸漬-燒結(jié)法制備了在不同溶劑中均具備優(yōu)異耐化學(xué)性的γ-Al2O3/α-Al2O3中空纖維過濾膜，且在連續(xù)使用120 h 后，膜的性能僅略微下降。WANG X 等［15］采用浸漬-焙燒法制備了以棉為基體纖維的α-Al2O3中空纖維，此纖維具有良好的疏水性、循環(huán)利用性，且對(duì)廢水中的油和有機(jī)物有較好的吸附作用。葉鑫等［16］將Al2O3基陶瓷纖維用銅、鈰溶液浸漬處理后，金屬離子促進(jìn)了γ-Al2O3轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Al2O3，進(jìn)而影響了纖維的吸光性能。

2.2 溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法最早是美國(guó)3M 公司研發(fā)Nextel系列Al2O3基陶瓷纖維的方法，也是制備高均勻度、高純度Al2O3基陶瓷纖維的重要方法之一。該方法的主要工藝：將異丙醇鋁、羧酸鋁、硝酸鋁及氯化鋁等一種或幾種的混合物作為前驅(qū)體，通過水解縮聚過程使其逐漸凝膠化，然后采用不同的成絲工藝得到初生纖維，最后再進(jìn)行干燥、煅燒等熱處理，從而得到所需的纖維。相較于其他制備方法，溶膠-凝膠法具有較多優(yōu)勢(shì)，如：原料的化學(xué)純度高，添加的溶劑易去除，纖維的純度高；方便調(diào)節(jié)原料的組成，且在原料相同的情況下，改變成絲工藝即可獲得性能不同的產(chǎn)品，易于控制產(chǎn)物性能；可形成分子或原子級(jí)的均勻溶膠，利于制備細(xì)度小、拉伸強(qiáng)度高、抗蠕變性能好的纖維；燒結(jié)處理時(shí)的溫度比其他方法低300 ℃~500 ℃，安全性較高，能源損耗較小。

郭娟妮［17］以溶膠-凝膠法結(jié)合干法紡絲制備Al2O3基陶瓷纖維時(shí)，一方面在前驅(qū)體溶膠內(nèi)加入α-Al2O3晶種使相變溫度降低至1 000 ℃，另一方面運(yùn)用高溫快燒的工藝減緩了煅燒過程中纖維內(nèi)晶粒的生長(zhǎng)。肖泓芮［18］在紡絲溶膠內(nèi)引入納米α-Al2O3懸浮液為籽晶以降低相變溫度，又在其中加入硅溶膠，使得晶粒尺寸減小了約20%，但不足之處在于也會(huì)抑制臨界晶核和晶相擴(kuò)散，因此不利于煅燒。LIU Q 等［19］在凝膠內(nèi)添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的SiO2，不僅延緩了Al2O3基陶瓷纖維的相變，而且改變了Al2O3基陶瓷纖維的相變路徑，將原本的無(wú)定形Al2O3→γ-Al2O3→α-Al2O3相變過程變?yōu)闊o(wú)定形Al2O3→γ-Al2O3→θ-Al2O3→α-Al2O3。LIU L 等［20］在紡絲液中加入鐵溶膠，通過改變膠體粒徑來改變纖維的晶粒大小，最終得到最小粒徑為22.5 nm、最大拉伸強(qiáng)度為1 400 MPa 的納米Al2O3基陶瓷纖維。賈玉娜等［21］采取溶膠-凝膠法結(jié)合干法紡絲制備了長(zhǎng)度大于1 500 m 的連續(xù)Al2O3基陶瓷纖維，該纖維可在1 000 ℃下長(zhǎng)時(shí)間使用，短時(shí)間使用溫度也高達(dá)1 300 ℃，并且制備過程綠色環(huán)保，可控性強(qiáng)，具有工業(yè)化前景。

前驅(qū)體纖維需經(jīng)高溫煅燒才能得到Al2O3基陶瓷纖維，在煅燒的過程中會(huì)出現(xiàn)晶粒迅速增大和蠕蟲狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而降低Al2O3基陶瓷纖維的力學(xué)性能。研究者發(fā)現(xiàn)采用兩步煅燒法可以有效抑制晶粒生長(zhǎng)，有利于進(jìn)一步減小晶粒尺寸。MA Y等［22］采用了兩步煅燒法，首先將前驅(qū)體纖維在900 ℃或1 000 ℃煅燒10 min，以去除大部分殘留的有機(jī)物，然后在1 550 ℃煅燒20 s 進(jìn)而得到平均晶粒尺寸為150 nm、結(jié)構(gòu)致密的α-Al2O3基陶瓷纖維。LI X 等［23］在溶膠內(nèi)加入微量SiO2，然后結(jié)合兩步焙燒法，先將前驅(qū)體纖維在1 400 ℃加熱1 min，再在1 000 ℃煅燒2 h，最終將α-Al2O3基陶瓷纖維的晶粒尺寸降低至100 nm。

2.3 靜電紡絲法

靜電紡絲法也稱電紡法，常用于制備超細(xì)纖維或納米纖維，可以生產(chǎn)具有實(shí)心、多孔或空心結(jié)構(gòu)的陶瓷纖維。靜電紡絲的主要原理就是在幾萬(wàn)伏的高壓靜電場(chǎng)作用下，使帶電聚合物或凝膠在噴絲頭毛細(xì)管的頂端克服自身的表面張力而被逐漸拉伸成泰勒錐，并隨著電場(chǎng)力的進(jìn)一步增大變?yōu)閲娚浼?xì)流，在噴射過程中溶劑揮發(fā)，最終固化得到纖維。該方法操作方便，化學(xué)成分可變，紡絲參數(shù)易于調(diào)控，可用于制備長(zhǎng)纖維，且所得纖維直徑均勻、比表面積高，具有良好的耐熱性能。但不足之處在于纖維不易分離，常為多晶或非晶態(tài)，力學(xué)性能較差，生產(chǎn)效率也較低。

MUDRA E 等［24］在低溫常壓環(huán)境下，使用等離子體對(duì)無(wú)針頭靜電紡絲設(shè)備得到的初生纖維進(jìn)行表面誘導(dǎo)改性，制備了具有核殼結(jié)構(gòu)的連續(xù)超細(xì)柔性Al2O3基陶瓷纖維。RUIZ J H R 等［25］采用高濃度的硝酸鋁為前驅(qū)體，使用溶膠-凝膠法結(jié)合靜電紡絲法制備了高強(qiáng)度多孔α-Al2O3基陶瓷纖維，此方法成本低廉，為工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)提供了可 能 性。WANG N 等［26］制 備 了Al2O3含 量 為100%的直徑為300 nm~400 nm 的α-Al2O3基陶瓷纖維，不僅將α-Al2O3的相變溫度降低至1 000 ℃，而且纖維在1 200 ℃的高溫處理后仍能保持優(yōu)異的力學(xué)性能。JIANG J 等［27］將溶膠-凝膠法與靜電紡絲法相結(jié)合，在900 ℃下燒結(jié)制備了YGAAl2O3納米纖維膜，其拉伸強(qiáng)度是相同溫度下燒結(jié)的純Al2O3薄膜的3 倍，且該纖維膜在1 000 ℃下燒結(jié)后仍具有較好的柔韌性，比已知的氧化物陶瓷纖維膜的燒結(jié)溫度高100 ℃。

2.4 溶吹紡絲法

溶吹紡絲法又稱溶液噴射法，是近年來發(fā)明的一種新型高效制備有機(jī)、無(wú)機(jī)納米纖維的方法。在紡絲過程中，利用高速氣流對(duì)紡絲液進(jìn)行超細(xì)牽伸，待溶劑蒸發(fā)后得到納米纖維。溶吹紡絲制備的纖維孔隙率高、比表面積大、透氣性好，且具有獨(dú)特的三維卷曲形態(tài)，在醫(yī)用、高溫過濾、吸附催化方面有巨大的應(yīng)用潛力［28］。該方法與靜電紡絲法和離心紡絲法相比，能耗低，設(shè)備簡(jiǎn)單，原料適用性廣，纖維拉伸強(qiáng)度更高，且生產(chǎn)效率可達(dá)到靜電紡絲法的100 倍以上，為納米Al2O3基陶瓷纖維的工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)提供了新途徑。

LI L 等［29］將溶吹紡絲法與溶膠-凝膠法相結(jié)合，成功制備了直徑為1 μm~3 μm 且柔韌性好的Al2O3基陶瓷纖維，為Al2O3基陶瓷纖維和Al2O3基陶瓷纖維氈的工業(yè)化生產(chǎn)提供了可能性。ZHOU X H 等［30］使用靜電紡絲法與溶吹紡絲法相結(jié)合的靜電溶吹紡絲法，在紡絲液中添加聚四氟乙烯和硅元素，增加了纖維的比表面積，減小了晶粒尺寸，制備了平均直徑為1.97 μm 的超細(xì)介孔Al2O3基陶瓷纖維。ZHAO Y X 等［31］首次采用靜電溶吹紡絲法成功制備了多孔CeO2/CuO/Al2O3基陶瓷纖維，煅燒后纖維表面有明顯的多孔結(jié)構(gòu)，平均直徑穩(wěn)定在0.63 μm 左右。靜電溶吹紡絲法為功能性亞微米氧化物陶瓷纖維的工業(yè)化生產(chǎn)提供了一種全新的技術(shù)思路。YAN H 等［32］通過溶吹紡絲法制備了直徑為1 μ m~3 μ m、長(zhǎng)度超過150 mm 的純Al2O3基陶瓷纖維，其柔韌性好、導(dǎo)熱率低，在-196 ℃~1 200 ℃內(nèi)均能保持完好的纖維形態(tài)。

2.5 其他方法

淤漿法也被稱為杜邦法，最早是由美國(guó)杜邦公司制備FP 型Al2O3基陶瓷纖維以及PRD166 改進(jìn)型Al2O3基陶瓷纖維時(shí)所采用的一種方法［33］。該方法在制備纖維過程中，需格外注重干燥、燒結(jié)時(shí)的溫度及升溫速率，防止纖維中水分和易揮發(fā)物質(zhì)脫離速度過快出現(xiàn)的纖維表面破裂、晶粒生成過快的現(xiàn)象。該方法的優(yōu)點(diǎn)是成本低廉、工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高，缺點(diǎn)是制備的纖維直徑較粗、缺陷較多、機(jī)械強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率低。

卜內(nèi)門法又名ICI 法，是英國(guó)化學(xué)工業(yè)公司于1972 年制備商品名為Saffil RF 的Al2O3基陶瓷纖維時(shí)所開發(fā)的一種方法［34］。由于該方法制得的前驅(qū)體溶液內(nèi)未形成類線型聚合物，故一般用來制備短纖維（如纖維棉、纖維氈、纖維毯），不能生產(chǎn)連續(xù)纖維，且纖維強(qiáng)度較低。

預(yù)聚合法是日本住友化學(xué)公司研發(fā)的生產(chǎn)多晶連續(xù)Al2O3基陶瓷纖維的一種方法［35］。由于其制得的前驅(qū)體纖維是線型聚合物，故紡絲性能好，可制備直徑小于10 μm 的連續(xù)Al2O3基陶瓷纖維。但生產(chǎn)成本高、工藝復(fù)雜，混合物容易凝膠化而降低生產(chǎn)效率。此外，制備紡絲溶液時(shí)使用的有機(jī)溶劑不易回收利用，易污染環(huán)境。

熔融法又名熔融抽絲法，該方法制備纖維時(shí)避免了高溫煅燒導(dǎo)致纖維內(nèi)顆粒增加，減少了纖維的缺陷，但是隨著原料中Al2O3含量的增加，熔體的表面張力也會(huì)隨之增加，導(dǎo)致可紡性下降，纖維的性能難以控制。因此該方法一般應(yīng)用于Al2O3含量較低（小于70%）纖維的制備，且成本較高、工藝復(fù)雜，尚未應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)［36］。

3 Al2O3基陶瓷纖維的應(yīng)用

制備Al2O3基陶瓷纖維的方法多種多樣，即使是同一種制備方法，通過改變?cè)系慕M成和后續(xù)的高溫處理工序，也可以獲得性能和形態(tài)各異的纖維或纖維制品。不同晶型和形態(tài)的Al2O3基陶瓷纖維，應(yīng)用領(lǐng)域也各不相同。Al2O3基陶瓷纖維有多種形態(tài)，包括短纖維、長(zhǎng)纖維、晶須等。短纖維主要用于高溫隔熱耐火材料，如高溫工業(yè)爐的纖維制品；長(zhǎng)纖維多用于結(jié)構(gòu)增強(qiáng)復(fù)合材料，如陶瓷-樹脂、陶瓷-金屬、陶瓷-陶瓷；晶須具有較高的強(qiáng)度，并具有一些特殊的聲學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)性能，通常應(yīng)用于功能材料。

3.1 結(jié)構(gòu)增強(qiáng)復(fù)合材料

與碳纖維和金屬纖維相比，Al2O3基陶瓷纖維與有機(jī)基體之間的界面反應(yīng)較小，并且力學(xué)性能良好，由其作為復(fù)合材料的增強(qiáng)體，材料不存在弱界面相，主要利用基體和纖維之間的弱結(jié)合性來增強(qiáng)材料，可在提升材料機(jī)械性能和拉伸強(qiáng)度的同時(shí)仍保持耐熱性。

盧淑偉等［37］利用化學(xué)氣相滲透法在Al2O3基陶瓷纖維表面制備了厚度為0.6 μm 和0.8 μm 的熱解碳界面，其彎曲強(qiáng)度相較于無(wú)界面復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度分別提升了314.5%和183.5%。王得 盼 等［38］采 用Al2O3纖 維 粉 末 增 強(qiáng)Al2O3陶 瓷 纖維，當(dāng)纖維含量為10%時(shí)，相較于未采用纖維粉末時(shí)的彎曲強(qiáng)度提高了17.15%，斷裂韌性提高了30.33%。JIA J 等［39］通過溶膠-凝膠法和熱壓工藝制備了短碳纖維（Csf）增強(qiáng)的α-Al2O3（Csf/α-Al2O3） 復(fù)合材料。復(fù)合材料抗彎強(qiáng)度的最大值為336 MPa，比未加Csf的α-Al2O3陶瓷的抗彎強(qiáng)度提高106.0%。CHENG X Z 等［40］探究了溶膠-凝膠法制備的連續(xù)Al2O3基陶瓷纖維在經(jīng)900 ℃~1 400 ℃的煅燒處理后的力學(xué)性能，最終發(fā)現(xiàn)Al2O3基復(fù)合材料經(jīng)1 200 ℃以下的燒結(jié)處理時(shí)性能最好。LUO Y F 等［41］利用Al2O3基陶瓷纖維與TiAl 基體的熱膨脹系數(shù)小、彈性模量匹配度好的特性，研究了Al2O3短纖維增強(qiáng)TiAl 基復(fù)合材料的界面反應(yīng)機(jī)理。在目前已規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)的Al2O3基陶瓷纖維中，尤其是美國(guó)3M 公司開發(fā)的Nextel 610 和Nextel 720 型號(hào)的Al2O3基陶 瓷 纖維，因其卓越的力學(xué)性能和高溫耐受性，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)增強(qiáng)復(fù)合材料［42］。

3.2 耐火隔熱材料

Al2O3基陶瓷纖維具有熔點(diǎn)高、體積質(zhì)量小、絕熱性和抗熱震性好的優(yōu)良特點(diǎn)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)隔熱材料的不足，而且比新型隔熱材料碳纖維價(jià)格低廉，因此廣泛用于民用、軍用以及航空航天等領(lǐng)域的耐火材料中。

現(xiàn)有研究表明，Al2O3基陶瓷纖維復(fù)合材料可在1 200 ℃的高溫環(huán)境中使用上千小時(shí)仍保持較好的力學(xué)性能。劉瑞祥［43］以石英纖維和Al2O3基陶瓷纖維為主要原料，制備的復(fù)合隔熱瓦的常溫導(dǎo)熱率低于0.05 W/（m·K），可以在1 200 ℃條件下循環(huán)使用10 次。YAMASHITA H 等［44］以棉纖維為模板劑，采用水熱法制備了中空的Al2O3超細(xì)纖維，在1 200 ℃熱處理5 h 后不含雜質(zhì)相。美國(guó)3M 公司研發(fā)的Nextel312 型號(hào)的Al2O3基陶瓷纖維與Saffil 系列的Al2O3基陶瓷纖維共同制備的密封件，已產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用于航天飛機(jī)軌道飛行器，最高使用溫度超過1 600 ℃［45］。

3.3 過濾及催化材料

隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水污染、空氣污染等環(huán)境問題日益突出。Al2O3基陶瓷纖維體積質(zhì)量小、原料成本低，而且具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，又可制備成多孔、中空、核殼等異形結(jié)構(gòu)來提高比表面積，吸附效果好，過濾效率高，在過濾和催化領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。Al2O3基陶瓷纖維耐高溫、耐腐蝕和生物侵蝕，更適合在惡劣的環(huán)境條件下過濾微納米顆粒。LEE H J 等［46］采用氟烷基硅烷薄膜改性α-Al2O3中空纖維膜，可在室溫下過濾水中的CO2，為開發(fā)新型吸附CO2纖維膜提供了一 種 全 新 的選 擇。LI Z 等［47］通 過 在SiO2纖 維表面原位生長(zhǎng)多層Al2O3納米片，成功制備了具有可逆潤(rùn)濕性的分層Al2O3/SiO2纖維膜，用于油水混合物分離。POURSHADLOU S 等［48］制備了膨潤(rùn)土/γ-Al2O3復(fù)合材料，可快速物理吸附水中的Ca2+，且成本低廉，在海水淡化和改善水質(zhì)領(lǐng)域有廣闊應(yīng)用前景。

Al2O3基陶瓷纖維除了用作吸附及過濾材料外，還可以作為催化劑載體，負(fù)載相應(yīng)的催化劑后催化降解污染物。MOGHADAM S V 等［49］采用溶膠-凝膠法制備了不同SiO2/Al2O3摩爾比的介孔Ni/Al2O3-SiO2催化劑，發(fā)現(xiàn)當(dāng)SiO2/Al2O3摩爾比為0.5 時(shí)，該催化劑在350 ℃時(shí)，CO2轉(zhuǎn)化率為82.38%，甲烷選擇性為98.19%。此外，通過浸漬法將鎳納米粒子負(fù)載到制備的Al2O3基陶瓷纖維表面，將其在800 ℃高溫下持續(xù)150 h 的甲烷干法重整催化時(shí)具有優(yōu)異的催化性能，并且重新活化去除焦炭后仍具有良好的催化效果。

3.4 其他領(lǐng)域

除了以上應(yīng)用領(lǐng)域外，Al2O3基陶瓷纖維因其耐高溫性也被廣泛應(yīng)用于鋰離子電池、燃料電池等儲(chǔ)能領(lǐng)域。HAO Y 等［50］采用溶吹紡絲法制備了三維網(wǎng)狀A(yù)l2O3、TiO2、ZrO2纖維復(fù)合陶瓷材料，此材料可增加鋰離子的傳輸速度，降低柔性固態(tài)鋰離子電池的成本。LI R 等［51］在固體氧化物燃料電池的密封件中加入了Al2O3基陶瓷纖維，研究證明含質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%陶瓷纖維的密封件具有良好的密封性能，在250 ℃~750 ℃的10 次熱循環(huán)測(cè)試中，泄漏率仍保持在0.01 sccm/cm 左右。

Al2O3基陶瓷纖維體積質(zhì)量小、強(qiáng)度高、原料來源廣，而且生物相容性好、表面活性高，可與其他材料復(fù)合制備止血愈合材料、再生骨骼材料等。肖俊［52］研究了10 例微晶全陶瓷人工關(guān)節(jié)置換術(shù)的病例，發(fā)現(xiàn)表面有羥基磷灰石涂層的Al2O3基復(fù)合陶瓷材料可有效促進(jìn)骨細(xì)胞的黏附和增殖，骨長(zhǎng)入效果明顯。LI C 等［53］制備了仿棉花型中空Al2O3基陶瓷纖維，一方面可以促進(jìn)血液凝固過程中血小板和蛋白的活化，另一方面其多孔結(jié)構(gòu)可以捕獲血液成分形成血液凝塊的載體，而且生物相容性好，工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，是一種具有廣闊臨床應(yīng)用前景的止血材料。

4 展望

作為新型無(wú)機(jī)氧化物陶瓷纖維的代表之一，Al2O3基陶瓷纖維具有低體積質(zhì)量、高強(qiáng)度、高硬度、耐高溫和耐腐蝕性等優(yōu)良性能，被廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)增強(qiáng)復(fù)合材料、耐火隔熱材料、過濾催化等領(lǐng)域，尤其是在高溫?zé)峤Y(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊，近年來一直受到各國(guó)研究人員的廣泛關(guān)注?；趯?duì)Al2O3基陶瓷纖維當(dāng)前現(xiàn)狀及需求的理解，提出一些觀點(diǎn)。

（1）可在高溫煅燒Al2O3基陶瓷纖維前驅(qū)體的過程中，優(yōu)化煅燒溫度和升溫速率，進(jìn)而調(diào)節(jié)纖維的結(jié)晶度，從而提高纖維的柔韌性和拉伸性能。

（2）通過摻雜、引入添加劑或α-Al2O3籽晶以及設(shè)計(jì)多晶結(jié)構(gòu)等來降低反應(yīng)溫度，可抑制晶粒的過快長(zhǎng)大，進(jìn)而提升Al2O3基陶瓷纖維的使用溫度，并且保持其在復(fù)雜且惡劣的使用環(huán)境中的力學(xué)性能。

（3）著重研發(fā)高強(qiáng)度且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的Al2O3基陶瓷纖維復(fù)合材料，拓寬高溫?zé)峤Y(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域的應(yīng)用。

（4）可適當(dāng)增加對(duì)紡絲及前驅(qū)體纖維后整理過程中結(jié)構(gòu)、晶型和取向度變化的關(guān)注，以便探究造成纖維表面裂紋、結(jié)構(gòu)疏松以及結(jié)晶相不純的原因。

（5）Al2O3基陶瓷纖維的制備成本偏高，尋找低廉的制備原料來降低生產(chǎn)成本，對(duì)于工業(yè)化生產(chǎn)具有重要意義。