CN102181962A - 细直径氧化锆纤维及其纤维板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种细直径氧化锆纤维及其纤维板的制备方法。采用碱式碳酸锆、冰乙酸、水、硝酸钇为原料制备聚锆溶胶纺丝液，经超高速离心甩丝和高速热气流喷吹牵伸获得细直径聚锆凝胶纤维，再经热处理烧结获得细直径氧化锆纤维。采用细直径氧化锆纤维作为原料，并采用聚锆溶胶纺丝液加水稀释作为粘结剂，真空吸滤成型和加压整平制备纤维板湿坯，烘干，煅烧获得氧化锆纤维板。本发明具有原料易得、制胶简便、成本低、无污染、适合大批量工业化生产等优点，所制备的细直径氧化锆纤维弯曲柔韧性好，所制备的氧化锆纤维板厚度均匀、表面平整、厚度精确可控、力学性能和高温抗弯曲性能均佳。
Description
技术领域
本发明属于无机耐火材料领域，特别涉及一种细直径氧化锆纤维及其纤维板的制备方法。
背景技术
超高温耐火隔热纤维材料在航天和超高温电炉等领域具有重要的应用前景，氧化锆(ZrO2)纤维及其纤维板制品的长期使用温度可达1800℃以上，且隔热保温性能优异，高温化学性质稳定、耐腐蚀、抗氧化、不挥发、无污染，是当前国际上最顶尖的一种高档耐火纤维材料。若能实现其工业化生产，并大规模应用于我国航天和超高温电炉制造等领域，将会发挥其耐温高、隔热好、节能降耗的性能优势，大力推动相关领域的产品升级和技术进步。
纯的氧化锆在不同温度下具有单斜(m)、四方(t)和立方(c)三种不同的固态晶型：
这三种固态晶型在升降温时会发生可逆相变，纯氧化锆的高温相(立方相和四方相)结构不能稳定到室温，四方→单斜的相变伴随约8％的体积膨胀会导致结构碎裂，掺入Y2O3、CaO、MgO或CeO2等氧化物与ZrO2形成固溶体，可使立方相和/或四方相结构保留下来，即起到了稳定高温相的作用。在几种稳定剂中，Y2O3的稳定效果最好。掺入2～3mol％的Y2O3可在室温下获得具有极好力学性能的钇稳定四方氧化锆多晶体(Y-TZP)，掺入8mol％以上的Y2O3可在室温下获得全稳定立方氧化锆(c-ZrO2)。对于作为耐火隔热材料使用的氧化锆纤维而言，由于在室温至高温间长期反复升降温，为避免其发生相变，应控制其晶相为c-ZrO2。
氧化锆纤维的制备技术主要掌握在发达国家手里，美国的Zircar公司、英国帝国化学公司、日本品川耐火材料公司等已实现了其工业化生产，而我国仅能够小批量制备，并且性能与美国、英国、日本等发达国家存在差距。从国外进口的氧化锆纤维及制品价格非常昂贵，并且由于其战略物资的地位，我国的进口经常受到限制。因此，研发我国具有自主知识产权的氧化锆纤维制备技术并实现其工业化生产，具有重要现实意义。山东大学和南京理工大学在氧化锆纤维的制备技术研究方面已具有很好的研究基础，并均与企业合作实现了氧化锆纤维的小批量生产，但目前仍然存在生产工艺复杂、污染大、产量低等不足，并且所制备的氧化锆纤维的直径较粗、纤维板的力学性能较差。
如专利ZL200410024262.7，以氧氯化锆、乙酰丙酮、三乙胺为主要原料，以甲醇为稀释溶剂，反应合成聚乙酰丙酮合锆前驱体，采用四氢呋喃过滤除去副产物盐酸三乙胺，再将聚乙酰丙酮合锆溶于甲醇获得纺丝液，经离心甩丝获得前驱体短纤维棉，再经特殊气氛热处理获得氧化锆短纤维棉；专利ZL200910013781.7，以氧氯化锆、乙酰丙酮、三乙胺为主要原料，以乙醇为稀释溶剂，反应合成含锆有机聚合物，采用丙酮过滤除去不溶物盐酸三乙胺，将产物溶于甲醇获得纺丝液，经高速离心甩丝获得含锆有机聚合物纤维，再经特殊气氛热处理和超高温烧结获得氧化锆纤维；两种方法均存在原料成本高、制胶工艺步骤复杂、有机试剂污染大、回用处理需增加成本等问题，并且均采用特殊气氛热处理，所需用的电炉在进行结构设计时须考虑通入特殊气氛，设备难以大型化。
现有技术所制备的氧化锆纤维直径通常在10μm左右，由于直径仍然相对较粗，纤维弯曲柔韧性能较差，用于制备氧化锆纤维板时纤维不易软塌，很难形成纤维层层铺排、叠合紧密的良好结构，导致纤维板的力学性能和高温抗弯曲性能较差。若能将氧化锆纤维的直径普遍降低1倍，至5μm左右，纤维横截面积可下降约4倍，将可显著提高纤维的弯曲柔韧性，提升氧化锆纤维板的力学性能和高温抗弯曲性能。
另外，现有氧化锆纤维板的制备技术也存在一定不足，如专利ZL200910013782.1和ZL200810020282.6，在进行纤维板成型时仅采用真空吸滤成型，存在纤维板厚度不均匀、上表面不平整、厚度难以精确控制等不足。
发明内容
本发明针对现有氧化锆纤维及其纤维板的制备技术存在的不足，提供一种原料易得、制胶简便、成本低、无污染、适合大批量工业化生产的细直径氧化锆纤维的制备方法，以及利用该细直径氧化锆纤维制备厚度均匀、表面平整、厚度精确可控、力学性能和高温抗弯曲性能均佳的氧化锆纤维板的方法。
本发明细直径氧化锆纤维的制备方法是：采用碱式碳酸锆、冰乙酸、水、硝酸钇作为原料制备聚锆溶胶纺丝液，经超高速离心甩丝和高速热气流喷吹牵伸获得细直径聚锆凝胶纤维，再经热处理烧结获得细直径氧化锆纤维。
本发明氧化锆纤维板的制备方法是：采用细直径氧化锆纤维为原料，聚锆溶胶纺丝液加水稀释为粘结剂，采用真空吸滤成型和加压整平的方法制备纤维板湿坯，烘干，煅烧获得氧化锆纤维板。
本发明与现有技术相比，其显著优点：
(1)本发明采用的原料为碱式碳酸锆、冰乙酸、水和硝酸钇，均为市场常见的化工原料，不仅成本低，纯度高，而且无毒无害，避免了采用甲醇、三乙胺、乙酰丙酮、四氢呋喃等有机试剂所带来的挥发污染对人体的危害以及昂贵的原料成本。按照当前市场价格估计，本发明技术生产1公斤氧化锆纤维的原料成本不到100元，远低于现有其他技术如专利ZL200410024262.7和ZL200910013781.7的原料成本。
(2)本发明的制胶方法与现有技术相比更为简便，仅需将碱式碳酸锆、冰乙酸和水直接混合反应，一步即可获得可纺性极佳的聚锆溶胶纺丝液，毋需掺加纺丝助剂即可离心甩丝。而大多数现有技术由于制备的纺丝液可纺性较差，必须向纺丝液中掺加聚乙烯醇、聚乙二醇、羟甲基纤维素等有机高分子聚合物辅助成纤，但这些有机高分子存在于前驱体纤维中，受热分解时会损害纤维结构，降低纤维强度。
(3)本发明采用的超高速离心甩丝和高速热气流喷吹成纤技术，胶体通过万转电机的高速离心力从0.2mm～0.5mm的小孔甩出，纤维直径已经较细，再通过高速热气流喷吹，纤维表面受到高速气流的摩擦作用而被牵伸拉长，直径进一步降低，最终可获得直径3μm～6μm的细直径氧化锆纤维。
(4)本发明所获得的细直径氧化锆纤维与现有技术制备的粗直径氧化锆纤维相比，横截面积下降约4倍，弯曲柔韧性大大改善，利用该细直径氧化锆纤维来制备纤维板时，纤维更容易层层铺排、叠合紧密，纤维板的力学性能和抗高温弯曲变形性能均佳。对比试验表明：利用粗直径氧化锆纤维制备的氧化锆纤维板的抗压强度通常只有0.2MPa～0.5MPa，将纤维板两端支起，中间跨度200mm，在1650℃煅烧24h会发生较明显的弯曲下垂；而利用本发明的细直径氧化锆纤维制备的氧化锆纤维板的抗压强度可达0.5MPa～0.8MPa，同样条件在1650℃煅烧24h，不发生任何弯曲变形。
(5)本发明采用的真空吸滤成型和加压整平制备氧化锆纤维板的技术，克服了现有技术仅采用真空吸滤成型而导致纤维板厚度不均匀、表面不平整、厚度难以精确控制等不足，所制备的氧化锆纤维板四个对角的厚度均匀一致、表面平整度好、厚度可以精确控制在20mm、30mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm、100mm，与市场需求相契合，无需再进行磨平加工。
(6)本发明在热处理煅烧细直径聚锆凝胶纤维时，无须通入特殊气氛，因此电炉设计制作简单，热处理成本低，生产设备容易大型化，便于实现大批量工业化生产。
(7)本发明所制得的细直径氧化锆纤维及其纤维板可作为超高温耐火隔热材料，广泛应用于航天和超高温电炉领域，因生产成本更低，力学性能和耐高温性能更好，市场前景十分广阔。
附图说明
图1是本发明细直径氧化锆纤维的数码相机照片。
图2是本发明氧化锆纤维板的数码相机照片。
图3是本发明的细直径氧化锆纤维的扫描电镜照片。
具体实施方式
本发明的细直径氧化锆纤维及其纤维板的制备方法具体包括以下步骤：
(1)一步反应制备聚锆溶胶纺丝液
按照反应体系中ZrO2∶冰乙酸∶水的摩尔比为1∶2～3∶15～25的比例，称取对应质量的碱式碳酸锆(分子式ZrOCO3·nH2O，ZrO2含量38～42wt％)，并量取对应体积的冰乙酸和水，将冰乙酸稀释于水中，在70℃～80℃、搅拌和抽气条件下，将乙酸水溶液与碱式碳酸锆混合，反应生成碱式乙酸锆并伴有CO2气体逸出，碱式乙酸锆进一步发生水解-缩聚反应，形成乙酸根为侧基的Zr-O-Zr链状聚合物，待固体全部溶解、反应溶液变为透明后，即获得了聚锆水溶液，按照全稳定立方相氧化锆的组成配比要求即ZrO2∶Y2O3的摩尔比为92～90∶8～10的比例，向上述制得的聚锆水溶液中加入相稳定剂原料硝酸钇(Y(NO3)3·6H2O)，搅拌使其溶解，之后在70℃～80℃条件下减压蒸馏以脱去多余水分，直至获得粘度为10Pa·s～50Pa·s、具有良好成纤性能的聚锆溶胶纺丝液。
(2)超高速离心甩丝和高速热气流喷吹牵伸获得细直径聚锆凝胶纤维
将上述制得的高粘度聚锆溶胶纺丝液注入超高速离心甩丝装置，在2万转/min～3万转/min的高速旋转下，使纺丝液从孔径为0.2mm～0.5mm的小孔沿水平方向离心甩出，随即在温度为80℃～100℃、气流速度为10m/s～50m/s、喷吹方向为环形向下的高速热气流喷吹下，被进一步牵伸、固化，获得细直径聚锆凝胶纤维。
(3)热处理烧结
将上述获得的细直径聚锆凝胶纤维放入程控热处理电炉，以1℃/min～3℃/min的升温速度升温至500℃，再以3℃/min～5℃/min的升温速度升温至1100℃～1300℃，并保温2h～4h，获得本发明的直径3μm～6μm、弯曲柔韧性好、晶相为立方相的细直径氧化锆纤维。
(4)真空吸滤成型和加压整平、烘干、煅烧获得氧化锆纤维板
采用直径3μm～6μm、立方相的细直径氧化锆纤维为原料，并采用上述方法制备的粘度为10Pa·s～50Pa·s的聚锆溶胶纺丝液加水稀释作粘结剂，按照1kg纤维∶100ml～200ml聚锆溶胶纺丝液∶5L～10L水的比例，称取相应质量的细直径氧化锆纤维，量取相应体积的聚锆溶胶纺丝液和水，将称取的细直径氧化锆纤维短切为2mm～5mm的长度，将量取的聚锆溶胶纺丝液用水稀释，一起加入制浆池中，搅拌5min以上，使纤维在粘结剂水溶液中分散均匀，形成棉浆，将底部均匀布有2mm小孔、一定尺寸的成型模具放入制浆池，开启真空抽气***，使纤维棉浆吸入模具内，水分被吸走，而纤维层层铺叠于模具内形成一定厚度的纤维板湿坯，取出并倒扣模具，使纤维板湿坯落于平坦表面的托板上，在湿坯上方覆盖压板，压板表面平坦，其下表面的四角均设有高度一致的螺柱，向下施加0.1MPa～0.3MPa的压力挤压纤维板湿坯，直至压板的四角螺柱均与下方托板的表面接触，从而使纤维板的厚度均匀且达到精确控制的数值，将托板连同纤维板湿坯置于100℃～120℃的烘箱，烘20h～30h至湿坯完全干燥，将烘干后的纤维板置于高温煅烧炉，以3℃/min～5℃/min的升温速度升温至1600℃～1800℃，并保温2h～4h，获得本发明的厚度均匀、表面平整、厚度精确可控、纤维层层铺排、叠合紧密、力学性能和高温抗弯曲性能均佳的氧化锆纤维板。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
(1)一步反应制备聚锆溶胶纺丝液：
按照反应体系中ZrO2∶冰乙酸∶水的摩尔比为1∶2.5∶20的比例，称取对应质量的碱式碳酸锆(分子式ZrOCO3·nH2O，ZrO2含量40.6wt％)1kg，并量取474mL冰乙酸和1188mL水，将冰乙酸稀释于水中，在75℃、搅拌和抽气条件下，将乙酸水溶液与碱式碳酸锆混合反应，待固体全部溶解、反应溶液变为透明后，即获得了聚锆水溶液，按照全稳定立方相氧化锆的组成配比要求即ZrO2∶Y2O3的摩尔比为92∶8的比例，向上述制得的聚锆水溶液中加入220g相稳定剂原料硝酸钇(Y(NO3)3·6H2O)，搅拌使其溶解，之后在75℃条件下减压蒸馏以脱去多余水分，直至获得粘度为30Pa·s、具有良好成纤性能的聚锆溶胶纺丝液；
(2)超高速离心甩丝和高速热气流喷吹牵伸获得细直径聚锆凝胶纤维
将上述制得的高粘度聚锆溶胶纺丝液注入超高速离心甩丝装置，在2.5万转/min的高速旋转下，使纺丝液从孔径为0.3mm的小孔沿水平方向离心甩出，随即在温度为90℃、气流速度为30m/s、喷吹方向为环形向下的高速热气流喷吹下，被进一步牵伸、固化，获得细直径聚锆凝胶纤维。
(3)热处理烧结
将上述获得的细直径聚锆凝胶纤维放入程控热处理电炉，以2℃/min的升温速度升温至500℃，再以4℃/min的升温速度升温至1200℃，并保温3h，获得本发明的直径3μm～6μm、弯曲柔韧性好、晶相为立方相的细直径氧化锆纤维。
(4)真空吸滤成型和加压整平、烘干、煅烧获得氧化锆纤维板
采用直径3μm～6μm、立方相的的细直径氧化锆纤维为原料，并采用上述方法制备的粘度为30Pa·s的聚锆溶胶纺丝液加水稀释作粘结剂，按照1kg纤维∶150ml聚锆溶胶纺丝液∶7.5L水的比例，称取10kg的细直径氧化锆纤维，量取1.5L聚锆溶胶纺丝液和75L水，将称取的细直径氧化锆纤维短切为2mm～5mm的长度，将量取的聚锆溶胶纺丝液用水稀释，一起加入制浆池中，搅拌10min，使纤维在粘结剂水溶液中分散均匀，形成棉浆，将底部均匀布有2mm小孔、长×宽×深为300mm×200mm×44mm的成型模具放入制浆池，开启真空抽气***，使纤维棉浆吸入模具内，水分被吸走，而纤维层层铺叠于模具内形成一定厚度的纤维板湿坯，取出并倒扣模具，使纤维板湿坯落于平坦表面的托板上，在湿坯上方覆盖压板，压板表面平坦，其下表面的四角均设有高度均为40.2mm的螺柱，向下施加0.2MPa的压力挤压纤维板湿坯，直至压板的四角螺柱均与下方托板的表面接触，从而使纤维板的厚度均匀且达到精确控制的数值，将托板连同纤维板湿坯置于110℃的烘箱，烘25h至湿坯完全干燥，将烘干后的纤维板置于高温煅烧炉，以4℃/min的升温速度升温至1700℃，并保温3h，获得本发明的长×宽×厚为300mm×200mm×40mm、密度为0.8cm3/g、晶相为立方相、厚度均匀、表面平整、纤维层层铺排、叠合紧密、力学性能和高温抗弯曲性能均佳的氧化锆纤维板。试验表明，氧化锆纤维板的抗压强度可达0.70MPa，将纤维板两端支起，中间跨度200mm，在1650℃煅烧24h，不发生任何弯曲变形。
实施例2：
(1)一步反应制备聚锆溶胶纺丝液：
按照反应体系中ZrO2∶冰乙酸∶水的摩尔比为1∶3∶25的比例，称取对应质量的碱式碳酸锆(分子式ZrOCO3·nH2O，ZrO2含量41.4wt％)1kg，并量取578mL冰乙酸和1515mL水，将冰乙酸稀释于水中，在70℃、搅拌和抽气条件下，将乙酸水溶液与碱式碳酸锆混合反应获得聚锆水溶液，按照全稳定立方相氧化锆的组成配比要求即ZrO2∶Y2O3的摩尔比为91∶9的比例，向上述制得的聚锆水溶液中加入255g相稳定剂原料硝酸钇(Y(NO3)3·6H2O)，搅拌使其溶解，之后在70℃条件下减压蒸馏以脱去多余水分，直至获得粘度为50Pa·s、具有良好成纤性能的聚锆溶胶纺丝液；
(2)超高速离心甩丝和高速热气流喷吹牵伸获得细直径聚锆凝胶纤维
将上述制得的高粘度聚锆溶胶纺丝液注入超高速离心甩丝装置，在3万转/min的高速旋转下，使纺丝液从孔径为0.5mm的小孔沿水平方向离心甩出，随即在温度为80℃、气流速度为50m/s、喷吹方向为环形向下的高速热气流喷吹下，被进一步牵伸、固化，获得细直径聚锆凝胶纤维。
(3)热处理烧结
将上述获得的细直径聚锆凝胶纤维放入程控热处理电炉，以3℃/min的升温速度升温至500℃，再以5℃/min的升温速度升温至1300℃，并保温2h，获得本发明的直径3μm～6μm、弯曲柔韧性好、晶相为立方相的细直径氧化锆纤维。
(4)真空吸滤成型和加压整平、烘干、煅烧获得氧化锆纤维板
采用直径3μm～6μm、立方相的细直径氧化锆纤维为原料，并采用上述方法制备的粘度为50Pa·s的聚锆溶胶纺丝液加水稀释作粘结剂，按照1kg纤维∶100ml聚锆溶胶纺丝液∶10L水的比例，称取10kg的细直径氧化锆纤维，量取1L聚锆溶胶纺丝液和100L水，将称取的细直径氧化锆纤维短切为2mm～5mm的长度，将量取的聚锆溶胶纺丝液用水稀释，一起加入制浆池中，搅拌8min，使纤维在粘结剂水溶液中分散均匀，形成棉浆，将底部均匀布有2mm小孔、长×宽×深为300mm×200mm×56mm的成型模具放入制浆池，开启真空抽气***，使纤维棉浆吸入模具内，水分被吸走，而纤维层层铺叠于模具内形成一定厚度的纤维板湿坯，取出并倒扣模具，使纤维板湿坯落于平坦表面的托板上，在湿坯上方覆盖压板，压板表面平坦，其下表面的四角均设有高度均为50.3mm的螺柱，向下施加0.3MPa的压力挤压纤维板湿坯，直至压板的四角螺柱均与下方托板的表面接触，从而使纤维板的厚度均匀且达到精确控制的数值，将托板连同纤维板湿坯置于120℃的烘箱，烘20h至湿坯完全干燥，将烘干后的纤维板置于高温煅烧炉，以5℃/min的升温速度升温至1800℃，并保温2h，获得本发明的长×宽×厚为300mm×200mm×50mm、密度为1.0cm3/g、立方晶相、厚度均匀、表面平整、纤维层层铺排、叠合紧密、力学性能和高温抗弯曲性能均佳的氧化锆纤维板。试验表明，氧化锆纤维板的抗压强度可达0.8MPa，将纤维板两端支起，中间跨度200mm，在1650℃煅烧24h，不发生任何弯曲变形。
实施例3：
(1)一步反应制备聚锆溶胶纺丝液：
按照反应体系中ZrO2∶冰乙酸∶水的摩尔比为1∶2∶15的比例，称取对应质量的碱式碳酸锆(分子式ZrOCO3·nH2O，ZrO2含量38.7wt％)1kg，并量取360mL冰乙酸和850mL水，将冰乙酸稀释于水中，在80℃、搅拌和抽气条件下，将乙酸水溶液与碱式碳酸锆混合反应获得聚锆水溶液，按照全稳定立方相氧化锆的组成配比要求即ZrO2∶Y2O3的摩尔比为90∶10的比例，向上述制得的聚锆水溶液中加入268g相稳定剂原料硝酸钇(Y(NO3)3·6H2O)，搅拌使其溶解，之后在80℃条件下减压蒸馏以脱去多余水分，直至获得粘度为10Pa·s、具有良好成纤性能的聚锆溶胶纺丝液；
(2)超高速离心甩丝和高速热气流喷吹牵伸获得细直径聚锆凝胶纤维
将上述制得的聚锆溶胶纺丝液注入超高速离心甩丝装置，在2万转/min的高速旋转下，使纺丝液从孔径为0.2mm的小孔沿水平方向离心甩出，随即在温度为100℃、气流速度为10m/s、喷吹方向为环形向下的高速热气流喷吹下，被进一步牵伸、固化，获得细直径聚锆凝胶纤维。
(3)热处理烧结
将上述获得的细直径聚锆凝胶纤维放入程控热处理电炉，以1℃/min的升温速度升温至500℃，再以3℃/min的升温速度升温至1100℃，并保温4h，获得本发明的直径3μm～6μm、弯曲柔韧性好、晶相为立方相的细直径氧化锆纤维。
(4)真空吸滤成型和加压整平、烘干、煅烧获得氧化锆纤维板
采用直径3μm～6μm、立方相的细直径氧化锆纤维为原料，并采用上述方法制备的粘度为10Pa·s的聚锆溶胶纺丝液加水稀释作粘结剂，按照1kg纤维∶200ml聚锆溶胶纺丝液∶5L水的比例，称取10kg的细直径氧化锆纤维，量取2L聚锆溶胶纺丝液和50L水，将称取的细直径氧化锆纤维短切为2mm～5mm的长度，将量取的聚锆溶胶纺丝液用水稀释，一起加入制浆池中，搅拌12min，使纤维在粘结剂水溶液中分散均匀，形成棉浆，将底部均匀布有2mm小孔、长×宽×深为300mm×200mm×21mm的成型模具放入制浆池，开启真空抽气***，使纤维棉浆吸入模具内，水分被吸走，而纤维层层铺叠于模具内形成一定厚度的纤维板湿坯，取出并倒扣模具，使纤维板湿坯落于平坦表面的托板上，在湿坯上方覆盖压板，压板表面平坦，其下表面的四角均设有高度均为20.1mm的螺柱，向下施加0.1MPa的压力挤压纤维板湿坯，直至压板的四角螺柱均与下方托板的表面接触，从而使纤维板的厚度均匀且达到精确控制的数值，将托板连同纤维板湿坯置于100℃的烘箱，烘30h至湿坯完全干燥，将烘干后的纤维板置于高温煅烧炉，以3℃/min的升温速度升温至1600℃，并保温4h，获得本发明的长×宽×厚为300mm×200mm×20mm、密度为0.6cm3/g、立方晶相、厚度均匀、表面平整、纤维层层铺排、叠合紧密、力学性能和高温抗弯曲性能均佳的氧化锆纤维板。试验表明，氧化锆纤维板的抗压强度可达0.50MPa，将纤维板两端支起，中间跨度200mm，在1650℃煅烧24h，不发生任何弯曲变形。
Claims (8)
1.一种细直径氧化锆纤维的制备方法，其特征在于：采用碱式碳酸锆、冰乙酸、水、硝酸钇作为原料制备聚锆溶胶纺丝液，经超高速离心甩丝和高速热气流喷吹牵伸获得细直径聚锆凝胶纤维，再经热处理烧结获得细直径氧化锆纤维。
2.根据权利要求1所述的细直径氧化锆纤维的制备方法，其特征在于制备聚锆溶胶纺丝液的具体操作如下：按照反应体系中ZrO2∶冰乙酸∶水的摩尔比为1∶2～3∶15～25的比例，称取对应质量的碱式碳酸锆，并量取对应体积的冰乙酸和水，将冰乙酸稀释于水中，在70℃～80℃、搅拌和抽气条件下，将乙酸水溶液与碱式碳酸锆混合反应，生成碱式乙酸锆水解聚合物并伴有CO2气体逸出，待固体全部溶解、反应溶液变为透明后，即获得了聚锆水溶液，按照全稳定立方相氧化锆的组成配比要求即ZrO2∶Y2O3的摩尔比为92～90∶8～10的比例，向上述制得的聚锆水溶液中加入相稳定剂原料硝酸钇，搅拌使其溶解，之后在70℃～80℃条件下减压蒸馏以脱去多余水分，直至获得粘度为10Pa·s～50Pa·s、具有良好成纤性能的聚锆溶胶纺丝液。
3.根据权利要求1所述的细直径氧化锆纤维的制备方法，其特征在于所述获得细直径聚锆凝胶纤维的具体方法是：将上述所制得的聚锆溶胶纺丝液注入超高速离心甩丝装置，在2万转/min～3万转/min的高速旋转下，使纺丝液从孔径为0.2mm～0.5mm的小孔沿水平方向离心甩出，随即在温度为80℃～100℃、气流速度为10m/s～50m/s、喷吹方向为环形向下的高速热气流喷吹下，被进一步牵伸、固化，获得细直径聚锆凝胶纤维。
4.根据权利要求1所述的细直径氧化锆纤维的制备方法，其特征在于所述的热处理烧结的具体操作如下：将上述获得的细直径聚锆凝胶纤维放入程控热处理电炉，以1℃/min～3℃/min的升温速度升温至500℃，再以3℃/min～5℃/min的升温速度升温至1100℃～1300℃，并保温2h～4h，即获得直径3μm～6μm、立方相的细直径氧化锆纤维。
5.一种氧化锆纤维板的制备方法，其特征在于：采用细直径氧化锆纤维为原料，聚锆溶胶纺丝液加水稀释为粘结剂，采用真空吸滤成型和加压整平的方法制备纤维板湿坯，烘干，煅烧获得氧化锆纤维板。
6.根据权利要求5所述的氧化锆纤维板的制备方法，其特征在于具体方法如下：采用细直径氧化锆纤维为原料，并采用粘度为10Pa·s～50Pa·s的聚锆溶胶纺丝液加水稀释作粘结剂，按照1kg纤维∶100ml～200ml聚锆溶胶纺丝液∶5L～10L水的比例，称取相应质量的细直径氧化锆纤维，量取相应体积的聚锆溶胶纺丝液和水，将称取的细直径氧化锆纤维短切为2mm～5mm的长度，将量取的聚锆溶胶纺丝液用水稀释，一起加入制浆池中，搅拌5min以上，使纤维在粘结剂水溶液中分散均匀，形成棉浆，将底部均匀布有2mm小孔的成型模具放入制浆池，开启真空抽气***，使纤维棉浆吸入模具内，水分被吸走，而纤维层层铺叠于模具内形成一纤维板湿坯，取出并倒扣模具，使纤维板湿坯落于平坦表面的托板上，在湿坯上方覆盖压板，压板表面平坦，其下表面的四角均设有高度一致的螺柱，向下施加0.1MPa～0.3MPa的压力挤压纤维板湿坯，直至压板的四角螺柱均与下方托板的表面接触，从而使纤维板的厚度均匀且达到精确控制的数值，将托板连同纤维板湿坯置于100℃～120℃的烘箱，烘20h～30h至湿坯完全干燥，将烘干后的纤维板置于高温煅烧炉，以3℃/min～5℃/min的升温速度升温至1600℃～1800℃，并保温2h～4h，即获得氧化锆纤维板。
7.根据权利要求5所述的氧化锆纤维板的制备方法，其特征在于：所述细直径氧化锆纤维为直径3μm～6μm、立方相的氧化锆纤维。
8.根据权利要求5所述的氧化锆纤维板的制备方法，其特征在于所述聚锆溶胶纺丝液的制备方法如下：按照反应体系中ZrO2∶冰乙酸∶水的摩尔比为1∶2～3∶15～25的比例，称取对应质量的碱式碳酸锆，并量取对应体积的冰乙酸和水，将冰乙酸稀释于水中，在70℃～80℃、搅拌和抽气条件下，将乙酸水溶液与碱式碳酸锆混合反应，生成碱式乙酸锆水解聚合物并伴有CO2气体逸出，待固体全部溶解、反应溶液变为透明后，即获得了聚锆水溶液，按照全稳定立方相氧化锆的组成配比要求即ZrO2∶Y2O3的摩尔比为92～90∶8～10的比例，向上述制得的聚锆水溶液中加入相稳定剂原料硝酸钇，搅拌使其溶解，之后在70℃～80℃条件下减压蒸馏以脱去多余水分，直至获得粘度为10Pa·s～50Pa·s的聚锆溶胶纺丝液。
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