榮盛耐材：玻璃態(tài)纖維在溫度條件下?lián)p壞機理

 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，玻璃是過冷的熔融體。高溫液體幾秒內驟冷，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能。在熱力學上，玻璃是不穩(wěn)定的，原子能自動重新排列，即結晶,向晶體態(tài)轉化。玻璃態(tài)物質在常溫下粘度大，內部原子的擴散和重新排列速度小，擴散的行程短，使玻璃態(tài)在常溫下有很大的相對穩(wěn)定性;在動力學上，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，原子擴散和規(guī)則化排列速度增大。玻璃態(tài)物質存在著原子(質點)“近程有序(原子團)"和“遠程有序"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中的晶核開始。
無序排列向有序排列的過渡，是一個能量釋放過程，這一點從差熱分析測定結果可以看出。幾種玻璃態(tài)纖維,在被加熱到980℃左右，都有較強的放熱峰現(xiàn)象，這種放熱現(xiàn)象是原子由無序排列轉變到有序排列伴隨能量釋放的結果。溫度繼續(xù)升高，再無其他放熱峰現(xiàn)象，因此該放熱峰出現(xiàn)的溫度應是莫來石析晶溫度。纖維的收縮是一個持續(xù)的過程，大部分的收縮量產(chǎn)生于承受高溫的初24小時以內。陶瓷纖維一直處于高溫下時，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)轉變，轉變過程是原子或質點有規(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，莫來石首先析出，在950℃開始出現(xiàn)。莫來石的形成與時間沒有很大的關系，但初始晶粒與時間和溫度均有關系，晶粒的尺寸隨時間和溫度的增長而長大。在1300℃時，單顆莫來石晶粒的尺寸比其在1100℃時的尺寸大4倍。方石英在1100℃以上時開始析出，開始的時間與溫度有關，溫度越高，方石英初始析晶時間越早，單顆石英的晶粒也越大。隨著晶粒的的長大，當其尺寸接近單根纖維的直徑時，陶瓷纖維桿表面出現(xiàn)凸凹不平即縮徑，單根纖維的強度將會變弱。這種時間-溫度的關系將會導致：長時間使用后纖維產(chǎn)品的強度變弱或變脆。 隨時間而持續(xù)不斷的收縮，將會降低纖維的有效長度，長期使用后將產(chǎn)生整體收縮。由于不均勻一致或不相似的晶粒生長，晶粒生長過程也是使得纖維卷曲進而收縮的主要原因。
二、收縮與損壞
纖維的收縮與損壞，是原因和結果的關系，而纖維的析晶與收縮也是原因和結果的關系。析晶和晶粒長大,是纖維在一定條件下微觀組織發(fā)生的變化過程,變化所導致的結果是纖維發(fā)生收縮，收縮是一項明顯的定量指標。
析晶過程是原子雜亂排列向規(guī)則排列的過渡過程，是一種松散型向致密型形成的過程。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，這也是晶粒長大的動力條件。對于固態(tài)物體來說,晶格化過程中，是多個晶格同時形成過程.質點向晶格內充填后，其原有位置無法由其他質點充填，在纖維的外觀表面形成凸凹不平，質點的重新布置，使纖維原整體性受到破壞，喪失原有的彈性結構，造成應力從縮徑處，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縫隙增大，雖然在安裝時留有預壓縮量，但由于纖維失去彈性，補充受到限制。火焰將從單元接縫處竄入，造成錨固件及內層纖維受損而脫落。因此說，纖維收縮率是衡量纖維使用溫度和時間的一個重要條件，加熱時收縮率小于2.4%的溫度，應是玻璃態(tài)纖維的使用溫度。所以在應用技術中，在選定了纖維使用溫度同時也要兼顧加熱時間，兩者的值應是設計的可靠參數(shù)。