[其他]碱土金属硅铝酸盐微晶玻璃的增强

说明书

用无机晶须和纤维耒增强玻璃、微晶玻璃、烧结陶瓷、塑料以及金属，已实践了很长时间。通常，晶须这个术语是指较长的单晶纤维。总的耒说，晶须被描述为具有小于大约100微米的粗细并有至少为100的长度对直径之比。

晶须作为在各种基质材料中的增强剂，已经获得了广泛的用途，因为，它们有固有的形状、高的弹性模量以及高的抗拉强度。为了说明这一点，当分散在晶状基质中时，各向异性的纤维状外形的晶须强烈地抑制着它们向该晶体材料的晶粒边界运动，因而显著地改善了该材料抗蠕变的性能。同样，许多不同的晶须具有高的弹性模量和抗拉强度，这使得它们能够生产出的复合材料制品显示出卓越的比强度（强度比重量）和比刚度（刚度比重量）性能。例如，由非常刚强的低密度共价化合物，诸如碳化物、氮化物和氧化物制取的晶须，当考虑到同它们重量的比例时，能够显示出高于大部分金属的弹性模量，而且常常是比钢的比强度大许多倍。

同晶须对照，纤维通常被看作是多晶体的或非晶态的。为了理解潜伏于由纤维所给予复合体的强度提高的基本意义，所进行的广泛研究已经表明，强度提高的机理是基体通过剪切把载荷传递到纤维上。这个载荷的传递发生在接近于距纤维末端几个纤维直径的地方。

据信，该基本强化的机理同含晶须复合材料的强化机理是相同的。但是通过基质传递到晶须上的力其大小取决于晶须的长度和纵横比。因而，晶须可能没有被加载到破坏应力的程度，其结果便未能充分利用它增强能力的优越性。

除了晶须长度和纵横比之外，晶须关于同施加应力的取向以及在晶须未端的应力集中都导致比纤维可能产生的为低的强度。所以，晶须增强的复合材料将典型地显露比之由相同成分制作的非定向性连续纤维复合材料有较低的机械性能（当延着纤维的轴向测量其性能时）。然而，含晶须的复合材料相对于含连续纤维的复合材料耒说，在下列这方面还是具有优越的，即它们在宏观上各向同性。

微晶玻璃起源于美国专利2，920，971号，如在该专利中解释的那样，微晶玻璃是通过原始玻璃体有控制地在原位析晶而制备的。生产微晶玻璃物品通常包含三个基本步骤：（1）熔制一炉预定成份的玻璃料;（2）冷却该熔料至一个温度至少是在该玻璃制成予定外形的玻璃物品的变形温度范围之内，或者是低于该变形温度范围;（3）使该玻璃物品进行一个予定的热处理规程，以使该玻璃在原位析晶，习惯上，在结晶热处理中采用较该玻璃退火温度为高的温度，而达到或超过该玻璃软化点的温度也不是稀有的。

碳化硅SiC纤维和晶须已经表现出可以作为许多金属和非金属基质的增强剂。例如，美国专利4，324，843号记载了碳化硅SiC纤维增强的微晶玻璃复合材料的成形，其中微晶玻璃基质材料是选自硅铝酸盐组份系统、锂硅铝酸盐组份系统、镁硅铝酸盐组份系统以及它们的组合系统。美国专利4，464，475号公开了碳化硅纤维增强的微晶玻璃复合材料的生产，其中占优势的晶相由钡大隅石构成。美国专利4，464，192号描述了由碳化硅晶须增强的玻璃和微晶玻璃复合材料，其中微晶玻璃基质是选自锂硅铝酸盐、镁硅铝酸盐、硅铝酸盐以及它们的结合物这一组材料。

据称，上述诸基质材料适用于约为1000°-1300℃这个温度范围。高于上述范围的温度使那些构成物不能有足够的耐火性来提供足够高的粘性使载荷传递到纤维和晶须上面。结果，基质材料便过度地变形，而且使该复合材料失去承受载荷的能力。