Introduktion

Kvartsfibrer är en oorganisk fiber tillverkad av högren kvarts eller naturliga kristaller, med diametrar som vanligtvis varierar från några mikron till tiotals mikron. De behåller vissa egenskaper hos fast kvarts och är utmärkta material för högtemperaturbeständighet. Kvartsglasfiber har en SiO2-massfraktion på över 99,9 %. Dess högtemperaturprestanda är överlägsen den hos högkiseldioxidfibrer, med en långvarig användningstemperatur på upp till 1200 ℃ och en mjukningspunkt så hög som 1700 ℃. Dessutom har den höga elektriska isoleringsegenskaper, brännbeständighet, termisk chockbeständighet, utmärkta dielektriska egenskaper och god kemisk stabilitet. Följaktligen spelar kvartsfibrer en betydande roll inom militär-, nationellt försvars-, flyg- och rymdindustrin, där de används vid tillverkning av föremål som raketmunstycken och termiska skyddsanordningar för flyg- och rymdfart.

Förberedelse

Metoderna för att producera kvartsfibrer inkluderar:

1. Smältning av kvartsstavar eller -rör med en väte-syre-låga och sedan blåsning av dem till fibrer med en väte-syre-låga för att producera kvartsull med en diameter på 0,7～1 μm;

2. Formning av korta fibrer och deras filtark genom att smälta kvarts med en låga och använda höghastighetsluftflöde;

3. Mjukgörande av kvartsfilament eller stavar med konstant hastighet genom en väte-syre-låga eller gaslåga, och sedan snabbt dra dem till långa fibrer.

Relaterad forskning

Termisk skademekanism för kvartsfibrer

Kvartsfibrer arbetar ofta i högtemperaturmiljöer. Vid höga temperaturer tenderar kvartsfibrer att genomgå termisk nedbrytning, vilket påverkar deras högtemperaturprestanda. Det finns omfattande forskning om fasförändringar vid höga temperaturer hos kvartsmaterial, men få rapporter om termisk skademekanism hos kvartsfibrer.

Forskare har studerat fasomvandlingen under höga temperaturförhållanden, förändringar i ytans mikrostruktur och deras effekter på mekaniska egenskaper för att ge teoretiskt stöd för att förlänga livslängden för kvartsglasfibrer och bredda deras tillämpningsområden.

Resultaten visar att minskningen av kvartsfiberns hållfasthet kan delas in i två steg:

1. I intervallet under 600 ℃, på grund av förångningen av ytbehandlingsmedlet i kvartsfibrerna, minskar diametern gradvis, och defekter som sprickor, remsutbuktningar och ärr blir gradvis uppenbara, vilket leder till en långsam minskning av kvartsfibrernas draghållfasthet;

2. I intervallet 600～Vid 1000 ℃ har ytbehandlingsmedlet redan förångats helt. Under uppvärmnings- och kylningsprocessen, på grund av termisk stress, börjar utbuktningar och ärr på remsan att lossna, vilket skapar nya sprickor och defekter på ytan. Ju högre temperaturen är, desto mer uttalad blir flagning av utbuktningar och ärr på remsan, vilket är en viktig faktor som orsakar minskad hållfasthet hos kvartsfibrer vid detta temperaturområde, vilket resulterar i en betydande minskning av hållfastheten hos kvartsfibrer som behandlats vid 600.～1000 ℃.

Ytbehandling av kvartsfibrer

Kvartsfibrer, som är glasfibrer med hög SiO2-halt, uppvisar utmärkta prestanda och används ofta inom områden med speciella materialkrav, såsom biomedicinska katetrar och avgasrening. På senare år, på grund av deras enastående mekaniska och dielektriska egenskaper, har de i allt högre grad använts inom flyg- och rymdfart, särskilt i högtemperaturantennhuvsystem. För närvarande fokuserar forskningen om kvartsfibrer främst på deras kristallisationsprestanda och ytbeläggningsmodifieringar. Keramiska matriskompositmaterial för antennhuvar med ultrahöga Mach-tal använder ofta kontinuerlig kvartsfiberförstärkning. För att bibehålla kvartsfibrernas buntbarhet för vävning måste ett nedsänkningsmedel tillsättas under fiberproduktionsprocessen. Huvudkomponenten i nedsänkningsmedlet är organiskt material. Antennhuvar med keramisk matris kräver i allmänhet vakuum- eller skyddande atmosfärsbehandling med hög temperatur för att erhålla slutprodukten, vilket innebär att det organiska materialet kommer att karbonisera, och närvaron av fritt kol kan allvarligt påverka antennhuvens dielektriska egenskaper. Därför måste fiberns ytnedsänkningsmedel avlägsnas vid framställning av kvartsfiberförstärkta keramiska matrisantennhuvmaterial samtidigt som skadorna på kvartsfibrerna minimeras. Det finns dock ännu inga rapporter om hur man tar bort immersionsmedlet, förändringarna i ytans morfologi och sammansättning före och efter borttagning, och förändringarna i prestanda.

Vissa forskare har undersökt metoder för att avlägsna ytbehandlande ämnen från kvartsfibrer, utfört SEM- och XPS-analyser på kvartsfibrer behandlade med olika metoder och jämfört förändringarna i draghållfasthet före och efter behandling. Resultaten indikerar att högtemperaturvärmebehandling kan mer fullständigt avlägsna ytbehandlande ämnen och att kvartsfibrernas styrka är känslig för värmebehandlingstemperaturen.