高硅氧玻璃（R玻璃）纤维成分

      几十年的研究并且已被公认的事实是硅酸盐玻璃中存在着分相，它或是由旋节分解造成，或是成核生长造成。在玻璃熔融时或在冷却过程中，2个或2个以上互不混溶的液相彼此分离，成为不均匀性。相分离是高硅氧玻璃及纤维制造的基础。  

      在Na₂O一B₂O₃一SiO₂三元系统中，有3个分液区(图1)。高硅氧纤维的组成落于Ⅱ区。玻璃冷却或再加热时，会分离成两相，一相几乎是SiO₂，另一相则富有Na₂O和B₂O₃，它们很容易被酸溶出。 
                              
                  图1 Na₂O—B₂O₃—SiO₂系统的不混溶区域曲线表示混溶温度等温线  
       将含60%～70%SiO₂、20%～25%B₂O₃、5%～10%Na₂O的玻璃在1450℃下熔制，并在1150℃下拉制成玻璃纤维，由于它的析晶上限温度只有983℃，所以很少出现析晶。但是由于含B₂O₃量大，对耐火材料的侵蚀厉害，加之容易分相，所以玻璃熔制质量较差，不均匀，拉丝时断头多，成品率低。  

       玻璃纱经纺织加工成布或其它织物，在500～600℃范围内热处理，玻璃就分相，再用5% 浓度的硫酸、盐酸或硝酸于一定温度下浸泡，将易溶的相组成B₂O₃和Na₂O沥滤出来，留下连续的富SiO₂的多孔骨架，孔的尺寸0.17～0.63nm。再在700～900℃下烧结，收缩、微孔闭合，形成SiO₂达96% 以上的R玻璃纤维织物。它有石英纤维那样的耐高温性、低膨胀(7×10^-71/℃)、高电阻和高耐久性，因此其用途和石英玻璃相同。由于其中多少总残留些B₂O₃和Na₂O，所以实用性质稍差于石英玻璃纤维。高硅氧纤维可用作耐烧蚀材料和高温过滤材料等。由于它可以连续生产，工艺简单，所以获得很大发展。  

       图2是Na₂O 7%、B₂O₃ 20%、SiO₂ 73%(摩尔百分数)R玻璃的分相照片。大液团是富硅相，它嵌在富硼相的基体中，基体中还有富硼酸钠相的小液团。这里的富SiO₂相是典型的互连结构。 
                              
                                      图2-27  R玻璃的分相   
       E玻璃也有分相现象。在一定条件下，也可采用上述类似的方法做成R玻璃纤维。      
       一般说，玻璃中加入场强大的离子，如TiO₂、ZrO₂、MgO等，会促进分相，反之则相反。这是由于这些氧化物的给氧能力不同所造成。场强小，给氧能力大，缓和分相。因此，氧化物对分相影响规律大致如下： 
      碱金属氧化物减缓分相倾向：Li₂O＜Na₂O＜K₂O＜Rb₂O＜Cs₂O； 
      明显促进分相倾向的有：P₂O₅、TiO₂等； 
      明显抑制分相倾向的有A1₂O₃等；  
      B₂O₃B2O3少量添加能抑制分相，反之，添加量再增加却促进分相。 
      A1₂O₃由于其[A1O₄]四面体在结构上与[SiO₄]四面体很相似，从而能起减小分相的作用。因此，为了制得高质量的R玻璃纤维，一般不引入A1₂O₃，即使作为杂质引入也要控制其含量。  

      SiO₂一Na₂O系玻璃中亦存在着分相，基于该事实，开发出该系统的R玻璃纤维。其原始玻璃中SiO₂高达70%以上，Na₂O含量在20%～26%之间，该系统玻璃的特点是：由于浸出物含量少，剩下的SiO₂含量高，因此制得的R玻璃纤维强度要高于铝硼硅酸盐E玻璃。但是由于该原始纤维中含Na₂O量高，化学稳定性极差，在纤维加工过程中会吸收空气中的水，析出碱而导致纤维变脆，甚至“结饼”，无法退解，造成生产困难。有效的方法是纤维在成型过程中，涂上一层憎水性的浸润剂，避免空气中的水分对纤维的侵蚀。用该系统玻璃制得的R玻璃纤维强度较高。