導入

石英繊維は、高純度の石英または天然水晶から作られた無機繊維で、直径は通常数ミクロンから数十ミクロンです。固体石英の特徴と特性を保持しており、耐高温性に優れた材料です。石英ガラス繊維のSiO2質量分率は99.9％以上です。その高温性能は高シリカ繊維よりも優れており、長期使用温度は1200℃に達し、軟化点は1700℃にも達します。さらに、高い電気絶縁性、耐燃焼性、耐熱衝撃性、優れた誘電特性、良好な化学的安定性を備えています。そのため、石英繊維は軍事、国防、航空、宇宙産業で重要な役割を果たしており、ロケットノズルや航空宇宙熱保護装置などの製造に使用されています。

準備

石英繊維の製造方法には以下のものがあります。

1. 水素酸素炎で石英棒または管を溶かし、水素酸素炎で繊維状に吹き付けて直径0.7の石英ウールを製造する。～1μm？

2. 石英を炎で溶かし、高速気流を利用して短繊維とそのフェルトシートを形成する。

3. 石英のフィラメントまたはロッドを水素酸素炎またはガス炎で一定速度で軟化させ、その後急速に長い繊維に引き伸ばします。

関連研究

石英繊維の熱損傷メカニズム

石英繊維は高温環境で動作することが多く、高温では熱劣化を起こしやすく、高温性能に影響を及ぼします。石英材料の高温相変化に関する研究は広範に行われていますが、石英繊維の熱損傷メカニズムに関する報告はほとんどありません。

研究者たちは、高温条件下での相転移、表面微細構造の変化、およびそれらが機械特性に与える影響を研究し、石英ガラス繊維の寿命を延ばし、その応用分野を拡大するための理論的裏付けを提供してきました。

結果は、石英繊維の強度の低下が 2 つの段階に分けられることを示しています。

1. 600℃以下の範囲では、石英繊維の表面処理剤の揮発により、繊維径が徐々に減少し、亀裂、筋状隆起、傷などの欠陥が徐々に顕著になり、石英繊維の引張強度が徐々に低下します。

2. 600の範囲～1000℃では、表面処理剤はすでに完全に揮発しています。加熱と冷却の過程で、熱応力により、ストリップの膨らみと傷が剥がれ始め、新しい表面亀裂と欠陥部位が発生します。温度が高いほど、ストリップの膨らみと傷の剥離が顕著になり、この温度範囲での石英繊維の強度低下の主な要因となり、600℃で処理された石英繊維の強度が大幅に低下します。～1000℃。

石英繊維の表面処理

石英繊維は、SiO2含有量の高いガラス繊維であり、優れた性能を示し、バイオメディカルカテーテルや排気ガス処理など、特殊な材料要件のある分野で広く使用されています。近年、その優れた機械的特性と誘電特性により、航空宇宙分野、特に高温アンテナフードシステムでますます使用されています。現在、石英繊維の研究は、主に結晶化性能と表面コーティングの改質に焦点を当てています。超高マッハ数アンテナフード用のセラミックマトリックス複合材料では、連続石英繊維強化材がよく使用されます。製織用の石英繊維の束状性を維持するために、繊維製造プロセス中に浸漬剤を添加する必要があります。浸漬剤の主成分は有機物です。セラミックマトリックスアンテナフードは、最終製品を得るために一般に真空または保護雰囲気の高温処理が必要であり、そのため有機物が炭化し、遊離炭素の存在がアンテナフードの誘電特性に重大な影響を与える可能性があります。そのため、石英繊維強化セラミックマトリックスアンテナフード材料を作製する際には、石英繊維へのダメージを最小限に抑えながら繊維表面の浸漬剤を除去する必要があるが、浸漬剤の除去方法、除去前後の表面形態や組成の変化、性能の変化などについては未だ報告されていない。

一部の研究者は、石英繊維の表面浸漬剤を除去する方法を研究し、異なる方法で処理した石英繊維に対してSEMおよびXPS分析を実施し、処理前後の引張強度の変化を比較しました。その結果、高温熱処理により表面浸漬剤をより完全に除去でき、石英繊維の強度は熱処理温度に敏感であることがわかりました。