導入

石英繊維は、高純度石英または天然結晶から作られる無機繊維で、直径は通常数ミクロンから数十ミクロンです。固体石英の特性と性質を一部保持しており、耐熱性に優れた材料です。石英ガラス繊維は、SiO2の質量分率が99.9%を超えています。耐熱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℃、軟化点は1700℃にも達します。さらに、高い電気絶縁性、耐燃性、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、宇宙産業において重要な役割を果たしており、ロケットノズルや宇宙用耐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ようなものがある。

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、高速気流を用い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を通して一定速度で軟化させ、その後、それらを急速に引き伸ばして長い繊維にする。

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下で使用されることが多い。高温下では、石英繊維は熱劣化を起こしやすく、高温性能に影響を与える。石英材料の高温相変化については多くの研究が行われているが、石英繊維の熱損傷メカニズムに関する報告は少ない。

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的特性に及ぼす影響を研究し、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根拠を提供してきた。

結果によると、石英繊維の強度低下は2つの段階に分けられる。

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、直径が徐々に減少し、亀裂、帯状膨らみ、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の範囲内～1000℃では、表面処理剤はすでに完全に揮発しています。加熱および冷却プロセス中に、熱応力により、ストリップの膨らみや傷が剥がれ始め、新たな表面亀裂や欠陥箇所が生じます。温度が高いほど、ストリップの膨らみや傷の剥がれが顕著になり、これが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、優れた性能を発揮し、生体医療用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るようになっています。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は、連続石英繊維強化材としてよく使用されます。織り込み用の石英繊維の束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的に真空または保護雰囲気での高温処理を必要とするため、有機物が炭化し、遊離炭素の存在はアンテナフードの誘電特性に深刻な影響を与える可能性があります。したがって、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調製する際には、石英繊維への損傷を最小限に抑えつつ、繊維表面の浸漬剤を除去する必要がある。しかしながら、浸漬剤の除去方法、除去前後の表面形態および組成の変化、そして性能の変化に関する報告はまだない。

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分析を行い、処理前後の引張強度の変化を比較した。その結果、高温熱処理によって表面浸漬剤をより完全に除去できること、および石英繊維の強度は熱処理温度に敏感であることが示された。