氧化鋯纖維具有高熔點(diǎn)、韌性好、耐高溫、抗氧化、耐酸堿腐蝕、抗熱震性好和隔熱性好等優(yōu)良性能，是一種綜合性能優(yōu)良的防熱、絕熱材料和復(fù)合增強(qiáng)材料，廣泛應(yīng)用于工業(yè)窯爐、航空航天、核反應(yīng)裝置和高性能化學(xué)電池等領(lǐng)域。然而由于氧化鋯耐火纖維具有高熔點(diǎn)及溶液低粘度的特性，氧化鋯纖維織物不能采用傳統(tǒng)的硅酸鋁纖維先熔融后成纖的方法成形。在本論文中，我們采用有機(jī)聚合纖維作為前驅(qū)體來制備氧化鋯纖維和纖維布。

該方法主要有兩個步驟組成：⑴粘膠纖維或纖維布一定條件下在含鋯溶液中浸漬；⑵氧化鋯纖維對浸漬后的粘膠材料在可控條件下熱處理去除有機(jī)前驅(qū)體并將鋯鹽氧化為氧化鋯。我們主要研究了浸漬法制備氧化鋯纖維及纖維布各個工藝流程中可變因素的影響，詳細(xì)討論了氧化鋯纖維及纖維布的結(jié)構(gòu)與性能，建立了浸漬動力學(xué)模型和液體在異形纖維模型分別對鋯鹽浸漬過程及氧化鋯纖維布在堿液中吸堿過程進(jìn)行模擬和預(yù)測。

得到主要結(jié)果如下： (1)粘膠纖維可以成功用作浸漬法制備氧化鋯纖維的前驅(qū)體纖維；得到的氧化鋯纖維布尺寸收縮40%以上，完全保留了粘膠原料布的組織結(jié)構(gòu)；粘膠原料纖維的纖度及纖維布的編織結(jié)構(gòu)和克重直接影響氧化鋯纖維布性能。 (2)氧化鋯纖維預(yù)溶脹過程中，通過提高溶脹溫度，延長溶脹時間，使用膨化劑（氫氧化鈉或尿素）可以改善粘膠纖維在水中的溶脹性能。浸漬過程中，提高浸漬液濃度、選擇適當(dāng)?shù)慕n溫度和浸漬時間顯著提高浸漬量。 (3)熱處理過程中升溫速率，燒結(jié)溫度，停留時間會顯著影響氧化鋯纖維布的結(jié)構(gòu)。升溫速率快得到氧化鋯纖維表面粗糙，氧化鋯晶粒較大，表面和截面上具有許多徑向和軸向的孔洞結(jié)構(gòu)，這樣的氧化鋯纖維可以用作過濾材料；升溫速率慢得到氧化鋯纖維布強(qiáng)度較高，質(zhì)地柔軟，纖維表面光潔，氧化鋯晶粒細(xì)小，不存在孔洞結(jié)構(gòu)。 (4)改變粘膠原料布的編織結(jié)構(gòu)可以控制氧化鋯纖維布的組織結(jié)構(gòu)和性能。氧化鋯纖維布的面密度、厚度、強(qiáng)度與粘膠原料布克重之間都存在線性增加關(guān)系。 (5)氧化鋯纖維通過優(yōu)化浸漬和燒結(jié)工藝制備的氧化鋯隔膜樣布在酸性溶液和堿性溶液中都具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性；承載達(dá)到168g，在31%氫氧化鉀溶液中的面電阻為0.03Ω?cm2。 (6) 建立的浸漬動力學(xué)模型可以有效地預(yù)測和描述粘膠對鋯離子的等溫吸附行為，結(jié)果表明這個過程是個一級動力學(xué)過程，吸附速度隨著吸附過程的進(jìn)行而減小。建立的液體在異形纖維中流動模型能夠成功預(yù)測和描述了氧化鋯隔膜在堿液中的吸堿過程，實驗數(shù)值與理論預(yù)測值非常接近，模型有效地將氧化鋯纖維布的組織結(jié)構(gòu)與吸堿速率聯(lián)系在一起。