Εισαγωγή

Οι ίνες χαλαζία είναι μια ανόργανη ίνα κατασκευασμένη από υψηλής καθαρότητας χαλαζία ή φυσικούς κρυστάλλους, με διαμέτρους που κυμαίνονται συνήθως από αρκετά μικρά έως δεκάδες μικρά. Διατηρούν ορισμένα χαρακτηριστικά και ιδιότητες του στερεού χαλαζία και είναι εξαιρετικά υλικά για αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες. Το υαλοβάμβακα χαλαζία έχει κλάσμα μάζας SiO2 πάνω από 99,9%. Η απόδοσή του σε υψηλή θερμοκρασία είναι ανώτερη από αυτή των ινών πυριτίου υψηλής περιεκτικότητας, με θερμοκρασία μακροχρόνιας χρήσης που φτάνει έως και 1200℃ και σημείο μαλάκυνσης έως και 1700℃. Επιπλέον, διαθέτει υψηλές ιδιότητες ηλεκτρικής μόνωσης, αντοχή σε καύση, αντοχή σε θερμικό σοκ, εξαιρετικές διηλεκτρικές ιδιότητες και καλή χημική σταθερότητα. Κατά συνέπεια, οι ίνες χαλαζία διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στη στρατιωτική, εθνική άμυνα, αεροπορία και αεροδιαστημική βιομηχανία, που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή ειδών όπως ακροφύσια πυραύλων και συσκευές θερμικής προστασίας της αεροδιαστημικής.

Παρασκευή

Οι μέθοδοι για την παραγωγή ινών χαλαζία περιλαμβάνουν:

1. Λιώνοντας ράβδους ή σωλήνες χαλαζία με φλόγα υδρογόνου-οξυγόνου και στη συνέχεια εμφυσώντας τους σε ίνες με φλόγα υδρογόνου-οξυγόνου για να παραχθεί μαλλί χαλαζία με διάμετρο 0,7～1μm;

2. Σχηματισμός κοντών ινών και των φύλλων τους από τσόχα με τήξη χαλαζία με φλόγα και χρήση ροής αέρα υψηλής ταχύτητας.

3. Μαλακώνοντας νήματα ή ράβδους χαλαζία με σταθερή ταχύτητα μέσω φλόγας υδρογόνου-οξυγόνου ή φλόγας αερίου και στη συνέχεια τραβώντας τα γρήγορα σε μακριές ίνες.

Σχετική Έρευνα

Μηχανισμός Θερμικής Βλάβης Ινών Χαλαζία

Οι ίνες χαλαζία λειτουργούν συχνά σε περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας. Σε υψηλές θερμοκρασίες, οι ίνες χαλαζία τείνουν να υποστούν θερμική αποικοδόμηση, επηρεάζοντας την απόδοσή τους σε υψηλή θερμοκρασία. Υπάρχει εκτενής έρευνα για τις αλλαγές φάσης υψηλής θερμοκρασίας των υλικών χαλαζία, αλλά λίγες αναφορές για τον μηχανισμό θερμικής βλάβης των ινών χαλαζία.

Οι ερευνητές μελέτησαν τον μετασχηματισμό φάσης σε συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας, τις αλλαγές στη μικροδομή της επιφάνειας και τις επιδράσεις τους στις μηχανικές ιδιότητες της παροχής θεωρητικής υποστήριξης για την παράταση της διάρκειας ζωής των ινών υάλου χαλαζία και τη διεύρυνση των πεδίων εφαρμογής τους.

Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η μείωση της αντοχής των ινών χαλαζία μπορεί να χωριστεί σε δύο στάδια:

1. Στην περιοχή κάτω από 600℃, λόγω της εξάτμισης του παράγοντα επεξεργασίας επιφάνειας των ινών χαλαζία, η διάμετρος μειώνεται σταδιακά και ελαττώματα όπως ρωγμές, εξογκώματα και ουλές γίνονται σταδιακά εμφανή, οδηγώντας σε αργή μείωση του αντοχή σε εφελκυσμό των ινών χαλαζία.

2. Στην περιοχή των 600～1000℃, ο παράγοντας επιφανειακής επεξεργασίας έχει ήδη εξατμιστεί εντελώς. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας θέρμανσης και ψύξης, λόγω της θερμικής καταπόνησης, οι διογκώσεις και οι ουλές της ταινίας αρχίζουν να ξεφλουδίζονται, δημιουργώντας νέες επιφανειακές ρωγμές και θέσεις ελαττωμάτων. Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο πιο έντονο είναι το ξεφλούδισμα των αυλακώσεων και των ουλών, που είναι ένας σημαντικός παράγοντας που προκαλεί τη μείωση της αντοχής των ινών χαλαζία σε αυτό το εύρος θερμοκρασίας, με αποτέλεσμα σημαντική μείωση της αντοχής των ινών χαλαζία που έχουν υποστεί επεξεργασία στους 600～1000℃.

Επεξεργασία Επιφανειών ινών Χαλαζία

Οι ίνες χαλαζία, ως ίνες γυαλιού με υψηλή περιεκτικότητα σε SiO2, παρουσιάζουν εξαιρετική απόδοση και χρησιμοποιούνται ευρέως σε περιοχές με ειδικές απαιτήσεις υλικού, όπως βιοϊατρικοί καθετήρες και επεξεργασία καυσαερίων. Τα τελευταία χρόνια, λόγω των εξαιρετικών μηχανικών και διηλεκτρικών τους ιδιοτήτων, χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο στην αεροδιαστημική και την αεροπορία, ειδικά σε συστήματα κουκούλας κεραίας υψηλής θερμοκρασίας. Επί του παρόντος, η έρευνα για τις ίνες χαλαζία επικεντρώνεται κυρίως στην απόδοση κρυστάλλωσής τους και στις τροποποιήσεις επιφανειακής επίστρωσης. Σύνθετα υλικά κεραμικής μήτρας για κουκούλες κεραίας εξαιρετικά υψηλού αριθμού Mach συχνά χρησιμοποιούν συνεχή ενίσχυση με ίνες χαλαζία. Για να διατηρηθεί η δέσμη των ινών χαλαζία για ύφανση, πρέπει να προστεθεί ένας παράγοντας εμβάπτισης κατά τη διαδικασία παραγωγής ινών. Το κύριο συστατικό του παράγοντα εμβάπτισης είναι η οργανική ύλη. Οι κουκούλες κεραίας από κεραμική μήτρα γενικά απαιτούν επεξεργασία κενού ή προστατευτικής ατμόσφαιρας σε υψηλή θερμοκρασία για να ληφθεί το τελικό προϊόν, επομένως η οργανική ύλη θα ανθρακωθεί και η παρουσία ελεύθερου άνθρακα μπορεί να επηρεάσει σοβαρά τις διηλεκτρικές ιδιότητες της κουκούλας κεραίας. Επομένως, κατά την προετοιμασία υλικών κεραμικής μήτρας κεραμικής μήτρας ενισχυμένων με ίνες χαλαζία, ο παράγοντας εμβάπτισης της επιφάνειας της ίνας πρέπει να αφαιρείται ενώ ελαχιστοποιείται η ζημιά στις ίνες χαλαζία. Ωστόσο, δεν υπάρχουν ακόμη αναφορές σχετικά με τον τρόπο αφαίρεσης του παράγοντα εμβάπτισης, τις αλλαγές στη μορφολογία και τη σύνθεση της επιφάνειας πριν και μετά την αφαίρεση και τις αλλαγές στην απόδοση.

Ορισμένοι ερευνητές έχουν διερευνήσει μεθόδους για την αφαίρεση του παράγοντα εμβάπτισης της επιφάνειας των ινών χαλαζία, τη διεξαγωγή αναλύσεων SEM και XPS σε ίνες χαλαζία που έχουν υποστεί επεξεργασία με διαφορετικά μέσα και συγκρίνοντας τις αλλαγές στην αντοχή σε εφελκυσμό πριν και μετά την επεξεργασία. Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι η θερμική επεξεργασία σε υψηλή θερμοκρασία μπορεί να αφαιρέσει πλήρως τον παράγοντα βύθισης της επιφάνειας και η αντοχή των ινών χαλαζία είναι ευαίσθητη στη θερμοκρασία θερμικής επεξεργασίας.