耐火纤维的可增韧功能

    耐火纤维作为添加料，可以改善常规的耐火材料使用性能。在耐火材料和高密度陶瓷材料中，加入耐火纤维改善了基体材料的韧性，也可以说提高了硅酸铝质耐火材料的抗热震性。引入一定数量和长径比适宜的短耐火纤维，可在耐火材料基体内形成大量微裂纹，微裂纹增韧则是耐火纤维增强耐火材料抗热震性的主要机理之一。

    在最开始时，国内及国外采用纤维增韧陶瓷材料，主要是基点放在了价格比较昂贵的SiC和Si3N4纤维上，在高提下这些纤维易氧化，氧化铝耐火纤维的引入解决了高温氧化。

    耐火纤维增强陶瓷基的复合材料是一种具有高强度、高抗热震性、高抗氧化性，耐高温以及耐磨损的新材料。为了达到耐火纤维增强的目的，耐火纤维与基体材料必须满足两个条件:第一，纤维的弹性系数必须高于陶瓷基的弹性模数;第二，纤维与基体之间必须是相容的。由于这两个基本条件的限制，只有耐火纤维与陶瓷基的耐火材料相匹配。

    随着纤维加人量的增多，强度略有上升，但当纤维加人量达到12%时，强度则表现下降趋势，残余强度保持率出现上升趋势。耐火纤维的加人对抗热震性的影响比较显著，但引人较多的纤维，将会影响耐火材料中的骨料颗粒与基材料的结合性，所以耐火纤维加人量控制在8%左右，可达到较好的增强增韧作用。

    随着耐火纤维的加人量增多，耐火材料制品的体积密度降低，热导率减少更为明显。当耐火纤维加人量为12%时，制品的体积密度降低了8%，热导率却减少了61.7%。这说明通过加人耐火纤维来提高材料的绝热性，降低热导率也是一种行之有效的方法。

    选择耐火纤维加人量为0%和8%两组试样，热震温差△T分别为200℃、400℃、600℃、800℃和1000℃。试样为小方块，尺寸为30mrn x 30mmxs5mm，用光学显微镜观察裂纹形成及扩展情况。

    不加耐火纤维试样在△T = 00℃时，强度下降较多，之后随着温差加大，强度呈现较快的下降趋势，当△T = T1000℃时，强度仅有3MPa左右，可以确定该试样的临界温差△T≤400℃。添加8%耐火纤维的试样强度是逐渐下降的，没有出现强度突然下降，可以断定该试样的临界温差△T ≥600℃。

    通过显微镜观察试样裂纹发现，不加耐火纤维试样在△T =400℃时出现小于1mm细小裂纹;当△T=600℃时，裂纹从1mm扩展至3mm，随着温差加大，裂纹继续伸长;到△T =1000℃时，裂纹已扩展到15mm长，且裂纹沿纵深走向发展。在△T=1000℃时，加人8%耐火纤维试样，裂纹出现的热震温差是在800℃。随着热震次数增加，热震温差的加大，裂纹扩展的速度极慢，经过5次△T=1000℃的热震后，裂纹仅扩展lmm，而且裂纹的延伸方向是弯曲的，是遇到了耐火纤维后，裂纹扩展受阻绕道延伸的结果。

    耐火纤维增强材料的抗热震损伤机理是:材料在破坏的全过程中，经历着裂纹成核、微小裂纹的形成和扩展最终破坏的各个阶段。在初始阶段，裂纹的成核是主导方面;之后，裂纹的扩展是主导方面。有的材料一旦裂纹成核，即会发生断裂;有的材料存在较大裂纹，裂纹需扩展一个过程才能断裂。

    适当的加人分散性好的耐火纤维，能有效地提高重质耐火材料的强度和抗热震性。耐火纤维补强增韧归纳起来有:负荷传递、基质预应力化、裂纹偏移、拔出效应和架桥效应等。耐火纤维增韧补强是一个非常复杂的过程，在不同条件下其增韧补强机理不同。耐火纤维增韧补强是通过界面效应取得的。耐火纤维的特性和耐火纤维一基体界面结合状况对材料的性质起绝对作用。材料的断裂主要是应力在各种界面—包括缺陷、晶界和晶界所形成的界面，是应力积聚的结果。耐火纤维表面的析晶和界面两边陶瓷相的“弥合”作用，阻止了基体裂纹的进一步扩展，同时又不影响热冲击通过界面进行能量的分散和吸收，从面使材料具有很高的抗热震性。

    耐火纤维基复合材料较大地改善了原来陶瓷材料的脆性性质，提高了它的韧性和热稳定性。耐火纤维作为分散在陶瓷基的主要成分，它的断裂和分化将直接影响着复合材料的使用性能。耐火纤维作为增强相或称为增强体，改善和提高金属基和陶瓷基复合材料性能。

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