榮盛耐材：玻璃態(tài)纖維在溫度條件下?lián)p壞機(jī)理

 一、析晶現(xiàn)象玻璃態(tài)纖維(我們目前使用的：普鋁纖維，高鋁纖維和含鋯纖維)是一種非晶體物質(zhì)，玻璃是過(guò)冷的熔融體。高溫液體幾秒內(nèi)驟冷，使原子不能按其規(guī)則排列而偏離平衡狀態(tài)，它具有比晶體纖維較高的內(nèi)能。在熱力學(xué)上，玻璃是不穩(wěn)定的，原子能自動(dòng)重新排列，即結(jié)晶,向晶體態(tài)轉(zhuǎn)化。玻璃態(tài)物質(zhì)在常溫下粘度大，內(nèi)部原子的擴(kuò)散和重新排列速度小，擴(kuò)散的行程短，使玻璃態(tài)在常溫下有很大的相對(duì)穩(wěn)定性;在動(dòng)力學(xué)上，玻璃態(tài)纖維又是穩(wěn)定的。隨著溫度的升高，纖維的粘度降低，原子擴(kuò)散和規(guī)則化排列速度增大。玻璃態(tài)物質(zhì)存在著原子(質(zhì)點(diǎn))“近程有序(原子團(tuán))"和“遠(yuǎn)程有序"排列，近程有序中的原子布置接近于晶格排列形狀，遠(yuǎn)程有序不接近晶格的排列形狀。所以在一定溫度條件下，玻璃態(tài)纖維析晶首先從近程有序的原子團(tuán)中的晶核開(kāi)始。
無(wú)序排列向有序排列的過(guò)渡，是一個(gè)能量釋放過(guò)程，這一點(diǎn)從差熱分析測(cè)定結(jié)果可以看出。幾種玻璃態(tài)纖維,在被加熱到980℃左右，都有較強(qiáng)的放熱峰現(xiàn)象，這種放熱現(xiàn)象是原子由無(wú)序排列轉(zhuǎn)變到有序排列伴隨能量釋放的結(jié)果。溫度繼續(xù)升高，再無(wú)其他放熱峰現(xiàn)象，因此該放熱峰出現(xiàn)的溫度應(yīng)是莫來(lái)石析晶溫度。纖維的收縮是一個(gè)持續(xù)的過(guò)程，大部分的收縮量產(chǎn)生于承受高溫的初24小時(shí)以?xún)?nèi)。陶瓷纖維一直處于高溫下時(shí)，收縮便一直發(fā)生，纖維的這種收縮是由于單根纖維體的變化而造成的，單根纖維體的變化是由于玻璃態(tài)向晶體態(tài)轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變過(guò)程是原子或質(zhì)點(diǎn)有規(guī)則排列，有規(guī)則排列造成空間縮小，纖維桿體積收縮。
硅酸鋁陶瓷纖維中，莫來(lái)石首先析出，在950℃開(kāi)始出現(xiàn)。莫來(lái)石的形成與時(shí)間沒(méi)有很大的關(guān)系，但初始晶粒與時(shí)間和溫度均有關(guān)系，晶粒的尺寸隨時(shí)間和溫度的增長(zhǎng)而長(zhǎng)大。在1300℃時(shí)，單顆莫來(lái)石晶粒的尺寸比其在1100℃時(shí)的尺寸大4倍。方石英在1100℃以上時(shí)開(kāi)始析出，開(kāi)始的時(shí)間與溫度有關(guān)，溫度越高，方石英初始析晶時(shí)間越早，單顆石英的晶粒也越大。隨著晶粒的的長(zhǎng)大，當(dāng)其尺寸接近單根纖維的直徑時(shí)，陶瓷纖維桿表面出現(xiàn)凸凹不平即縮徑，單根纖維的強(qiáng)度將會(huì)變?nèi)酢＿@種時(shí)間-溫度的關(guān)系將會(huì)導(dǎo)致：長(zhǎng)時(shí)間使用后纖維產(chǎn)品的強(qiáng)度變?nèi)趸蜃兇唷?隨時(shí)間而持續(xù)不斷的收縮，將會(huì)降低纖維的有效長(zhǎng)度，長(zhǎng)期使用后將產(chǎn)生整體收縮。由于不均勻一致或不相似的晶粒生長(zhǎng)，晶粒生長(zhǎng)過(guò)程也是使得纖維卷曲進(jìn)而收縮的主要原因。
二、收縮與損壞
纖維的收縮與損壞，是原因和結(jié)果的關(guān)系，而纖維的析晶與收縮也是原因和結(jié)果的關(guān)系。析晶和晶粒長(zhǎng)大,是纖維在一定條件下微觀組織發(fā)生的變化過(guò)程,變化所導(dǎo)致的結(jié)果是纖維發(fā)生收縮，收縮是一項(xiàng)明顯的定量指標(biāo)。
析晶過(guò)程是原子雜亂排列向規(guī)則排列的過(guò)渡過(guò)程，是一種松散型向致密型形成的過(guò)程。晶體的形成要增加表面能(因表面張力造成的能量)也屬于自由能的一部分。只要有條件,晶體總是要縮小自己的表面積，這也是晶粒長(zhǎng)大的動(dòng)力條件。對(duì)于固態(tài)物體來(lái)說(shuō),晶格化過(guò)程中，是多個(gè)晶格同時(shí)形成過(guò)程.質(zhì)點(diǎn)向晶格內(nèi)充填后，其原有位置無(wú)法由其他質(zhì)點(diǎn)充填，在纖維的外觀表面形成凸凹不平，質(zhì)點(diǎn)的重新布置，使纖維原整體性受到破壞，喪失原有的彈性結(jié)構(gòu)，造成應(yīng)力從縮徑處，晶界空位處釋放,纖維發(fā)生斷裂粉化。
微觀的收縮，在外觀上的累積更加明顯，使纖維制品單元接觸問(wèn)縫隙增大，雖然在安裝時(shí)留有預(yù)壓縮量，但由于纖維失去彈性，補(bǔ)充受到限制。火焰將從單元接縫處竄入，造成錨固件及內(nèi)層纖維受損而脫落。因此說(shuō)，纖維收縮率是衡量纖維使用溫度和時(shí)間的一個(gè)重要條件，加熱時(shí)收縮率小于2.4%的溫度，應(yīng)是玻璃態(tài)纖維的使用溫度。所以在應(yīng)用技術(shù)中，在選定了纖維使用溫度同時(shí)也要兼顧加熱時(shí)間，兩者的值應(yīng)是設(shè)計(jì)的可靠參數(shù)。