陶瓷纤维衰变及损坏机理

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硅酸铝陶瓷纤维在生产应用中的损坏,基于一个原因造成的两个方面的破坏。一个原因:长时间在高温下加热,纤维发生析晶,晶相转变的晶粒长大。两个方面:一是造成纤维杆自身断裂粉化;二是产生收缩形成制品间隙扩大,火焰窜入后烧损炉壁、锚固件而使结构破坏,玻璃态纤维主要是析晶,晶体态纤维主要是晶粒长大和晶相转变。

  1. 纤维的自身断裂粉化

对于晶体纤维单根纤维来看,其端面由许多尺寸很小,各自结晶方向不同的小单晶体组成的多晶体,这些小单晶体就是晶粒,它们之间的交界为晶界。每个晶粒结晶方向不同,即各向异性。对于每个小晶体的晶格构成,由于制取工艺中燃烧和时间限制,其晶格中存在着空位、错位等缺陷。纤维的自身断裂粉化对于晶体纤维单根纤维来看,在生产应用过程中,随着温度和时间的变化,晶体纤维中的每个小晶体内的原子获得了一定的能量,给其扩散带来了条件,晶格缺陷开始恢复,空位得到晶格外原子质点的填充,晶界中质点向晶体内扩散。晶粒与晶粒相互吞并并长大等等,都使其密度增大,体积缩小,宏观上纤维表面出现凹凸不平。尤其是存在两种晶体状态下,三氧化二铝的同素异形结构变化使晶粒长大速度快。“粉化”是纤维的一种断裂破坏,晶体纤维主要是晶粒长大和晶相转变造成收缩引起的。收缩造成纤维杆在长度方向上,出现粗细不均的缩经。已形成的应力从缩经处的晶界渗透,使纤维断裂即粉化。晶界在晶粒成长期间,不断有同类原子充填或固溶。这样品界处杂质富集的较多,由于杂质排列无规则,结合力较弱,随温度变化敏感性极强,所以此处强度较低,而每个品格结合力较强,应力的释放只能贯穿品界。

  1. 收缩与破坏

纤维的收缩与破坏,是原因和结果的关系。析晶和晶粒长大,是纤维在一定条件下微观组织发生的变化过程,变化所导致的结果是纤维发生收缩,收缩是一项明显的定量指标。

析晶过程是原子杂乱排列向规则排列的过渡过程,是一种松散型向致密性形成的过程。微观的收缩,在外观上的积累,在外观上的积累更加明显,使纤维制品单元接触间隙增大,虽然在安装时留有预压缩量,但由于纤维失去弹性,补充受到限制。火焰将从单元接缝处窜入,造成锚固件及内层纤维受损而脱落。因此说,纤维收缩率是衡量纤维使用温度和时间的一个重要条件,加热时收缩率小于2.4%的温度,应是玻璃态纤维的安全使用温度。所以在应用技术中,在选定了纤维使用温度的同时也要兼顾加热时间,二者的最佳值应是设计的安全可靠参数。