高硅氧玻璃制造原理

近年來對高硅氧纖維的需求量也在不斷增加,為提高高硅氧制品的應用性能，國內外公司都在進行提高硅氧玻璃纖維制品強度與耐熱性的研究和開發(fā)，部分制品已成功應用于高溫氣體、液體和侵蝕性介質的過濾和國民經濟各個高端領域。

高硅氧玻璃纖維的生產是以合適的原始玻璃成分，按普通玻璃纖維的生產工藝制成紗、布等各種制品，經過酸瀝濾和熱燒結工藝，即得到耐高溫性能接近石英纖維的高硅氧制品.對原始玻璃組分，目前主要有以E玻璃以及Si02-B203-Na2O和Si02-B203二元系統(tǒng)為原始玻璃組分，我國主要采用三組分的鈉硼硅酸鹽玻璃。

在生產中，將高硅氧制品經酸瀝濾，利用其結構的分相，使B203和Na2O組分瀝濾出來轉入溶液中，使Si02富集量達到96%以上的微孔硅氧骨架，然后再經600一800℃的高溫熱燒結定型，使微孔閉合，骨架結構趨于緊密，而制得高性能的高硅氧玻璃纖維制品。

由于高硅氧玻璃纖維較石英等耐高溫無機纖維成本低，使用安全，目前在歐美等國家有若干公司圍繞高硅氧玻纖的高性能開發(fā)了一系列產品，著名的有美國ACIT耐高溫復合材料公司、美國達科南方公司、德國Kelevers公司和美國H.I.Thompson公司等。而我國的研究開發(fā)基本上采用跟蹤法，總體上落后于國際水平，國內持續(xù)研究時間長并形成規(guī)模生產和應用技術研究的只有通華新材料、陜西玻璃纖維以及南京玻璃纖維研究設計院.

高硅氧玻璃纖維其工藝原理是利用玻璃在熔融或冷卻過程中，二個或二個以上互不相容的液相彼此分離，成微不均勻性，利用其結構的分相而生產的，高硅氧玻璃成分去組成落于分相區(qū)內，當玻璃冷卻或再加熱時，會分離成兩相，一相幾乎全是Si02,另一相則富有B203和Na20，他們很容易被酸溶出。從玻璃結構上看當Si02含量較高，而分子比Na20 : B203< 1時，玻璃中同時存在著[sio4]四面體、[B04]四面體和[B03]三角體，其中一部分[B04]四面體、[Si04]四面體組成均勻、統(tǒng)一和連續(xù)的網絡結構，而另一部分形成獨立的層狀結構網絡，因此在玻璃中存在一定的分相。而Si02相對酸很穩(wěn)定，B203-Na2O則易溶于酸。高硅氧玻璃纖維的生產就是利用這種原理，將具有基礎玻璃成分的紗或織物在一定條件下進行酸瀝濾，使B203-Na2O相轉入溶液中，留下微孔結構的硅氧骨架，然后再經600-800℃高溫處理，使微孔閉合，骨架結構趨于緊密，從而獲得高穩(wěn)定性的纖維材料，這樣三組分的納硼硅酸鹽玻璃就轉化成高硅氧玻璃纖維了。

對高硅氧玻璃纖維的生產，國內外所來用的工藝大致相同，都經過合適的原料拉絲成型、紡織加工、酸瀝濾、熱燒結和后表面處理

對高硅氧玻璃纖維生產的原料，目前兩種組分，其中部分廠家為了降低成本，也采用E玻璃進行后序加工而制備高硅氧玻纖制品，我國一般都采用三元系統(tǒng)生產優(yōu)質的纖維制品，但在其融化中，因B2O3和Na20揮發(fā)較大，易造成成分的不穩(wěn)定和對耐火材料的侵蝕較嚴重，與傳統(tǒng)火焰窯相比，采用全電熔窯在1450℃左右進行高硅氧球的熔制，則可大為減少揮發(fā)率和降低對耐材的侵蝕。

高硅氧玻璃其硬化速度較低，拉絲溫度在1150℃左右，析晶上限溫度只有983℃，所以在拉絲過程中很少出現(xiàn)析晶現(xiàn)象.但玻璃液與漏板鉑金的浸潤角較小，所以在漏板設計中，要考慮各個因素的影響，并在拉絲中對強制冷卻氣流的控制以及專用浸潤劑都提出了較高的要求。

酸瀝濾是將結構中分相的非硅質相在酸作用下使其析出，以使結構中Si02含量達到96%以上。離子的分相遷移速率受酸的濃度、瀝濾時間、溫度以及酸液中H3B03含量的大小及瀝濾速度等因素的影響，對各工藝的設定和各參數(shù)的合理控制是生產高硅氧玻纖制品的關鍵。尤其是溶液中H3B03的.含量對制品的斷裂強力有很大的影響.

經酸瀝濾的高硅氧玻纖制品，其分相中易溶組分B203和Na20等被酸瀝濾出來，留下連續(xù)的富Si02的多孔骨架，需在600-800℃或更高溫度下進行熱燒結，使其微孔閉合，強度有所恢復，但當溫度過高時，將會使玻璃表面的微裂紋在內應力作用下擴大，從而使制品的強力反而下降。同酸瀝濾一樣會對制品的物理力學性能產生較大的影響，其具體影響見表2。所以在生產過程中，需對熱燒結的溫度制度和燒結時間進行合理的控制，在保證恢復最大強力的同時使制品在應用條件下的線收縮率不大于3%。