[其他]增强的碱土硅铝酸盐玻璃

说明书

众所周之，无机纤维和无机晶须用于增强诸如玻璃、微晶玻璃、烧结陶瓷、有机塑料以及各种金属的基体。通常，在上述基体的显微组织的基础上，已可辨别出纤维和晶须。因而，一般业已把晶须定义为细长的单晶纤维。典型的晶须的粗细小于大约100微米，长度与直径之比至少为100。相反，习惯上把纤维看作是多晶的或者非晶态的。

可以把不同成份的无机晶须植入各种基体中，得到复合材料，因为无机晶须的固有的形状、高的弹性模量以及高的抗拉强度，所以所得的复合材料具有良好的强度-重量比。举例来说，从它们的重量所占的比例来看，由很硬、低密度共价化合物（例如：碳化物、氮化物以及氧化物）制备的晶须可以显示出比大多数金属高的弹性模量，并且往往比钢还强得多。

科学文献中业已报导了许多研究，其中包括复合物通过存在的纤维来强化的机理。由于这些研究，人们通常认为，强化机理包含载荷通过切变由近基体处转移到纤维，载荷转移发生在接近纤维末端几根纤维直径的距离内。

一种类似的强化机理业已被视为在含有晶须的复合物中是适用的，然而由近基体处转移到晶须的载荷程度与晶须的长度与纵横之比有关。因此，没有使晶须加载到晶须的破坏应力，以致于不能充分地利用其增强的性能。除了晶须的长度与纵横之比的因素之外，对晶须所施加的应力的取向和在晶须末端之上的应力集中均会导致强度改善小。所以，在正常情况下，晶须增强的复合物将显示出比单向取向的连续纤维增强的复合物低的力学性能（当性能沿纤维轴向测定时），纤维增强的复合物由同样的组份制备。然而，含有晶须的复合物与含有连续纤维的复合物相比，有一个本质上的优点在于宏观上它是各向同性的。

美国专利第4464192号揭示了由埋置在玻璃基体上的晶须或者短切纤维组成的增强复合物的制备。该专利相当详细地叙述了用注模成型生产复合物，该复合物由高硅氧玻璃或者硼硅酸盐玻璃或者硅铝酸盐玻璃的基体上弥散的氧化铝、石墨、碳化硅和（或）氮化硅短切纤维（长度小于0.75英寸、平均直径大约为5-50微米）组成。该专利列举康宁7930（Corning 7930）作为高硅氧玻璃的一个特例，这种玻璃用VYCOR商标，以纽约、康宁、康宁玻璃厂标出，含有SiO₂大约96%;该专利还列举康宁7740作为硼硅酸盐玻璃的一个特例，这种玻璃使用PYREX商标，以康宁玻璃厂标出;该专利又列举康宁1723作为硅铝酸盐玻璃的一个特例，这种碱土硅铝酸盐玻璃以康宁玻璃厂标出。

该专利注意到了玻璃粉末和短切纤维或者晶须的混合物能够直接注射到模型中。然而，最佳的成形方法包括以下步骤：

（1）使聚合物粘结剂、玻璃粉、短切纤维以及液体状载体混和;

（2）使混合料干燥;

（3）使混合料冷压，到小于其原始状态的体积;

（4）使经压的混合料加热，以消除液体状载体和粘结剂;

（5）使混合料热压成一块具有所要求密度的坯料;

（6）把坯料装入注模成型设备中;

（7）使坯料加热到玻璃的软化点;

（8）把已软化的坯料注射到具有所要求的内部形状的预热模中。

最佳的液体载体是水，最佳的粘结剂是聚合蜡。纤维大约占最终复合体的体积的15-50%。

美国专利第4263367号揭示了增强的复合制品的生产，该复合制品由埋置在玻璃基体中的断续的石墨纤维（平均长度大约为0.75英寸）组成。该专利中所指的唯一的特种玻璃是康宁7740。在制备这种复合体的方法的最佳实施例中，石墨纸层被浸渍在粉状玻璃浆中，然后堆叠，或者在每层石墨片之间用粉状玻璃层简单地堆叠，再把此种状态的制品热压成复合制品。纤维大约占复合制品体积的20-50%。

美国专利第4314852号揭示了增强的复合制品的制作，该复合制品由玻璃基体上埋置的SiC连续纤维、高硅氧玻璃组中选择的玻璃以及硅铝酸盐玻璃组成。与上述的美国专利第4464192号同样的方式，康宁7930包含高硅氧玻璃，康宁7740包含硼硅酸盐玻璃，康宁1723包含硅铝酸盐玻璃。

用于生产这种制品的方法包括以下步骤：

（1）使来自卷线筒的纤维束通过粉状玻璃浆，并使之浸透;

（2）使已浸渍的纤维重新缠绕在较大的卷线筒上，以这种方式形成一条纤维带;

（3）使带干燥，去除接收卷线筒，按所需制品的尺寸切成条带;

（4）使条带卧置在模子中;

（5）热压成复合体。

纤维含量大约占成品体积的30-70%。