基本介紹
- 中文名：石英纖維
- 外文名：quartz fiber
- 組成：二氧化矽和天然石英晶體
- 分類：無機物
簡介,製備,相關研究,石英纖維熱損傷機制,石英纖維的表面處理,
簡介
石英纖維是用高純石英或天然水晶為原料製得的一種無機纖維，直徑一般為幾微米～幾十微米。
它保持了固體石英的一些特點和性能，是一種優良的耐高溫材料，可作為先進複合材料的一種增強相。石英玻璃纖維的SiO2質量分數高達99. 9%以上。耐高溫性能比高矽氧纖維高，長期使用溫度可達到1200℃ ，軟化點溫度高達1700℃ ，同時具有高的電絕緣性能，耐燒蝕，抗熱震，優良的介電性能和良好的化學穩定性等。因此，石英纖維在軍事、國防、航空、航天工業中有重要用途，可用於製造如火箭噴火口，航天熱防護裝置等。
製備
石英纖維的製法有：
（1）將石英棒或管用氫氧焰熔融拉絲，再用氫氧焰吹管噴吹，製成直徑0.7～1μm的石英棉；
（2）石英經火焰熔融後用高速氣流形成短纖維及其氈片；
（3）將石英絲或棒以恆定速度通過氫氧焰或煤氣火焰，軟化後高速拉成長絲。
相關研究
石英纖維熱損傷機制
石英纖維常常處於高溫的工作環境中。在高溫作用下，石英纖維具有熱退化傾向，影響其高溫使用性能。目前對石英材料的高溫相變化的研究較多，但對石英纖維熱損傷機制的研究報導很少。
有學者研究了石英玻璃纖維高溫條件下的相變、表面微觀結構的變化及其對力學性能的影響規律，為探索提高石英玻璃纖維使用壽命，拓寬其套用領域，提供了理論依據。
研究結果表明：石英纖維強度下降可分為兩個階段。
（1）在低於600℃熱處理溫度範圍內，由於石英纖維表面處理劑的揮發，石英纖維直徑逐漸減小，原來表面的裂紋、條狀凸起和結疤等缺陷逐漸顯露出來，導致石英纖維抗拉強度緩慢降低；
（2）在600～ 1000℃的熱處理溫度範圍內，石英纖維表面處理劑早已揮發完畢。在熱處理的升降溫過程中，由於熱應力的作用，表面的條狀凸起和結疤開始剝落，造成一定數量的新的表面裂口和裂紋缺陷。溫度越高，石英纖維表面的條狀凸起和結疤剝落現象越明顯，這是造成這一溫度條件下石英纖維強度降低的主要因素，導致600～ 1000℃處理過的石英纖維強度明顯下降。
石英纖維的表面處理
石英纖維是一種SiO2含量高的玻璃纖維，具有優良的性能,廣泛運用於對材料有著特殊要求的領域，如生物導管、廢氣處理等。近年來由於其突出的力學性能和介電性能而越來越多套用於航天、航空領域，尤其是耐高溫天線罩體系中。目前對石英纖維研究主要集中在其析晶性能、表面塗覆改性等方面。超高馬赫數天線罩用陶瓷基複合材料多採用連續的石英纖維增強體，這樣必須對石英纖維進行編織以得到初始的形狀，為保持石英纖維的集束性便於編織，必須在纖維生產過程中加浸潤劑。浸潤劑的主要成分為有機物。陶瓷基天線罩一般需要經過真空或者保護氣氛下高溫處理才能得到最後產品，這樣有機物都將發生碳化，而游離碳的存在會嚴重影響天線罩的介電性能。因此在石英纖維增強陶瓷基天線罩材料製備時必須先將纖維表面浸潤劑去除，同時減小對石英纖維的損傷。但是如何除去浸潤劑，去除浸潤劑前後石英纖維表面形貌、成分的變化，性能的變化方面的研究目前尚未見到報導。
有學者研究了石英纖維表面浸潤劑的去除方法，對不同手段處理後的石英纖維做了SEM、XPS分析，比較了處理前後石英纖維的拉伸強度的變化。結果表明，高溫熱處理能比較完全去除石英纖維的表面浸潤劑，石英纖維的強度對熱處理溫度比較敏感。
