Въведение

Кварцовите влакна са неорганични влакна, направени от кварц с висока чистота или естествени кристали, като диаметрите обикновено варират от няколко микрона до десетки микрона. Те запазват някои характеристики и свойства на твърдия кварц и са отлични материали за устойчивост на висока температура. Кварцовото фибростъкло има масова част на SiO2 над 99,9%. Неговата производителност при висока температура е по-добра от тази на влакната с високо съдържание на силициев диоксид, като температурата за дългосрочна употреба достига до 1200 ℃ и точка на омекване до 1700 ℃. В допълнение, той притежава високи електрически изолационни свойства, устойчивост на изгаряне, устойчивост на термичен удар, отлични диелектрични свойства и добра химическа стабилност. Следователно, кварцовите влакна играят значителна роля във военната, националната отбрана, авиацията и космическата промишленост, използвани в производството на артикули като ракетни дюзи и аерокосмически термични защитни устройства.

Подготовка

Методите за производство на кварцови влакна включват:

1. Топене на кварцови пръти или тръби с водородно-кислороден пламък и след това издухването им във влакна с водородно-кислороден пламък за получаване на кварцова вълна с диаметър 0,7～1μm?

2. Формиране на къси влакна и техните филцови листове чрез топене на кварц с пламък и използване на високоскоростен въздушен поток;

3. Омекотяване на кварцови нишки или пръти с постоянна скорост през водородно-кислороден пламък или газов пламък и след това бързото им изтегляне в дълги влакна.

Свързани изследвания

Механизъм на термично увреждане на кварцови влакна

Кварцовите влакна често работят в среда с висока температура. При високи температури кварцовите влакна са склонни да претърпят термично разграждане, което се отразява на тяхната производителност при високи температури. Има обширни изследвания върху високотемпературните фазови промени на кварцовите материали, но малко доклади за механизма на термично увреждане на кварцовите влакна.

Изследователите са изследвали фазовата трансформация при високотемпературни условия, промените в повърхностната микроструктура и техните ефекти върху механичните свойства за предоставяне на теоретична подкрепа за удължаване на живота на кварцови стъклени влакна и разширяване на полетата им на приложение.

Резултатите показват, че намаляването на якостта на кварцовите влакна може да бъде разделено на два етапа:

1. В диапазона под 600 ℃, поради изпаряването на агента за повърхностна обработка на кварцовите влакна, диаметърът постепенно намалява и дефекти като пукнатини, издутини на ивици и белези постепенно стават очевидни, което води до бавно намаляване на якост на опън на кварцовите влакна;

2. В диапазона от 600～1000 ℃, агентът за повърхностна обработка вече се е изпарил напълно. По време на процеса на нагряване и охлаждане, поради термичен стрес, издутините и белезите на лентата започват да се отлепват, създавайки нови повърхностни пукнатини и места с дефекти. Колкото по-висока е температурата, толкова по-изразено е отлепването на издутини и белези, което е основен фактор, причиняващ намаляване на якостта на кварцовите влакна при този температурен диапазон, което води до значително намаляване на якостта на кварцовите влакна, третирани при 600～1000 ℃.

Повърхностна обработка на кварцови влакна

Кварцовите влакна, като стъклени влакна с високо съдържание на SiO2, показват отлична производителност и се използват широко в области със специални изисквания към материалите, като биомедицински катетри и обработка на отработени газове. През последните години, поради изключителните си механични и диелектрични свойства, те все повече се използват в космическата и авиационната сфера, особено в системите с капаци на антени при висока температура. Понастоящем изследванията върху кварцовите влакна се фокусират главно върху техните характеристики на кристализация и модификации на повърхностното покритие. Композитните материали с керамична матрица за капаци на антени с ултрависоко число на Мах често използват непрекъсната армировка от кварцови влакна. За да се поддържа възможността за свързване на кварцови влакна за тъкане, по време на процеса на производство на влакна трябва да се добави агент за потапяне. Основният компонент на потапящия агент е органичната материя. Качулките на антената с керамична матрица обикновено изискват обработка с вакуум или висока температура в защитна атмосфера, за да се получи крайният продукт, като по този начин органичната материя ще се карбонизира и наличието на свободен въглерод може сериозно да повлияе на диелектричните свойства на капака на антената. Следователно, когато се подготвят материали за капака на антената с керамична матрица, подсилени с кварцови влакна, агентът за повърхностно потапяне на влакното трябва да се отстрани, като същевременно се минимизира увреждането на кварцовите влакна. Въпреки това, все още няма доклади за това как да се премахне потапящият агент, промените в повърхностната морфология и състав преди и след отстраняването и промените в производителността.

Някои изследователи са изследвали методи за отстраняване на агента за повърхностно потапяне на кварцови влакна, провеждайки SEM и XPS анализи на кварцови влакна, третирани с различни средства, и сравнявайки промените в якостта на опън преди и след обработката. Резултатите показват, че високотемпературната топлинна обработка може по-пълно да отстрани агента за повърхностно потапяне и здравината на кварцовите влакна е чувствителна към температурата на топлинна обработка.