giriiş

Kuvars lifleri, genellikle birkaç mikrondan onlarca mikrona kadar değişen çaplara sahip, yüksek saflıkta kuvars veya doğal kristallerden yapılan inorganik bir liftir. Katı kuvarsın bazı özelliklerini ve özelliklerini korurlar ve yüksek sıcaklık direnci için mükemmel malzemelerdir. Kuvars fiberglasının SiO2 kütle kesri %99,9'un üzerindedir. Yüksek sıcaklık performansı, 1200℃'ye kadar ulaşan uzun süreli kullanım sıcaklığı ve 1700℃ kadar yüksek bir yumuşama noktası ile yüksek silika liflerinden üstündür. Ek olarak, yüksek elektriksel yalıtım özelliklerine, yanma direncine, termal şok direncine, mükemmel dielektrik özelliklere ve iyi kimyasal kararlılığa sahiptir. Sonuç olarak, kuvars lifleri roket nozulları ve havacılık termal koruma cihazları gibi ürünlerin üretiminde kullanılan askeri, ulusal savunma, havacılık ve uzay endüstrilerinde önemli bir rol oynar.

Hazırlık

Kuvars liflerinin üretim yöntemleri şunlardır:

1. Kuvars çubukları veya tüplerini hidrojen-oksijen aleviyle eritmek ve daha sonra hidrojen-oksijen aleviyle elyaf haline getirerek 0,7 çapında kuvars yünü üretmek～1μm?

2. Kuvarsın alevle eritilmesi ve yüksek hızlı hava akımının kullanılmasıyla kısa liflerin ve keçe tabakalarının oluşturulması;

3. Kuvars filamentlerini veya çubuklarını sabit bir hızda hidrojen-oksijen alevi veya gaz alevi içerisinde yumuşatmak ve daha sonra hızla uzun lifler haline getirmek.

İlgili Araştırma

Kuvars Elyafların Termal Hasar Mekanizması

Kuvars lifleri genellikle yüksek sıcaklık ortamlarında çalışır. Yüksek sıcaklıklarda, kuvars lifleri termal bozulmaya uğrama eğilimindedir ve bu da yüksek sıcaklık performanslarını etkiler. Kuvars malzemelerin yüksek sıcaklık faz değişimleri hakkında kapsamlı araştırmalar vardır, ancak kuvars liflerinin termal hasar mekanizması hakkında çok az rapor vardır.

Araştırmacılar, kuvars cam elyaflarının kullanım ömrünü uzatmak ve uygulama alanlarını genişletmek için teorik destek sağlamak amacıyla, yüksek sıcaklık koşulları altında faz dönüşümlerini, yüzey mikro yapısındaki değişimleri ve bunların mekanik özelliklere olan etkilerini incelemişlerdir.

Sonuçlar, kuvars elyaf mukavemetindeki azalmanın iki aşamaya ayrılabileceğini göstermektedir:

1. 600℃'nin altındaki aralıkta, kuvars liflerinin yüzey işlem maddesinin buharlaşması nedeniyle çap giderek azalır ve çatlaklar, şerit çıkıntıları ve izler gibi kusurlar giderek belirginleşir ve kuvars liflerinin çekme mukavemetinde yavaş bir azalmaya yol açar;

2. 600 aralığında～1000℃'de, yüzey işleme maddesi zaten tamamen buharlaşmıştır. Isıtma ve soğutma işlemi sırasında, termal stres nedeniyle şerit çıkıntıları ve izleri soyulmaya başlar ve yeni yüzey çatlakları ve kusurlu yerler oluşturur. Sıcaklık ne kadar yüksekse, şerit çıkıntılarının ve izlerinin soyulması o kadar belirgindir ve bu, bu sıcaklık aralığında kuvars liflerinin mukavemetinde azalmaya neden olan önemli bir faktördür ve 600'de işlenen kuvars liflerinin mukavemetinde önemli bir azalmaya neden olur～1000℃.

Kuvars Elyafların Yüzey İşlemleri

Kuvars lifleri, yüksek SiO2 içeriğine sahip cam lifleri olup mükemmel performans gösterirler ve biyomedikal kateterler ve egzoz gazı arıtımı gibi özel malzeme gereksinimleri olan alanlarda yaygın olarak kullanılırlar. Son yıllarda, üstün mekanik ve dielektrik özellikleri nedeniyle, özellikle yüksek sıcaklık anten başlığı sistemlerinde olmak üzere, uzay ve havacılık alanlarında giderek daha fazla kullanılmaktadırlar. Şu anda, kuvars lifleri üzerindeki araştırmalar esas olarak kristalleşme performanslarına ve yüzey kaplama modifikasyonlarına odaklanmaktadır. Ultra yüksek Mach sayılı anten başlıkları için seramik matris kompozit malzemeler genellikle sürekli kuvars lif takviyesi kullanır. Kuvars liflerinin dokuma için demetlenebilirliğini korumak için, lif üretim süreci sırasında bir daldırma maddesi eklenmelidir. Daldırma maddesinin ana bileşeni organik maddedir. Seramik matris anten başlıkları genellikle nihai ürünü elde etmek için vakum veya koruyucu atmosfer yüksek sıcaklık işlemi gerektirir, böylece organik madde karbonize olur ve serbest karbonun varlığı anten başlığının dielektrik özelliklerini ciddi şekilde etkileyebilir. Bu nedenle, kuvars elyaf takviyeli seramik matris anten başlığı malzemeleri hazırlanırken, kuvars elyaflara verilen zararı en aza indirerek elyafın yüzey daldırma maddesi çıkarılmalıdır. Ancak, daldırma maddesinin nasıl çıkarılacağı, çıkarmadan önce ve sonra yüzey morfolojisi ve bileşimindeki değişiklikler ve performanstaki değişiklikler hakkında henüz bir rapor bulunmamaktadır.

Bazı araştırmacılar, kuvars liflerinin yüzey daldırma maddesini çıkarmak için farklı yöntemlerle işlenmiş kuvars lifleri üzerinde SEM ve XPS analizleri yürüterek ve işlemden önce ve sonra çekme mukavemetindeki değişiklikleri karşılaştırarak yöntemleri araştırdılar. Sonuçlar, yüksek sıcaklıktaki ısıl işlemin yüzey daldırma maddesini daha eksiksiz bir şekilde çıkarabileceğini ve kuvars liflerinin mukavemetinin ısıl işlem sıcaklığına duyarlı olduğunu göstermektedir.