การแนะนำ

เส้นใยควอตซ์เป็นเส้นใยอนินทรีย์ที่ทำจากควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงหรือผลึกธรรมชาติ โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่ไม่กี่ไมครอนไปจนถึงหลายสิบไมครอน เส้นใยเหล่านี้ยังคงคุณลักษณะและคุณสมบัติบางประการของควอตซ์แข็งไว้ ​​และเป็นวัสดุที่ยอดเยี่ยมสำหรับการทนทานต่ออุณหภูมิสูง ไฟเบอร์กลาสควอตซ์มีเศษส่วนมวล ซิโอ2 มากกว่า 99.9% ประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิสูงนั้นเหนือกว่าเส้นใยซิลิกาสูง โดยมีอุณหภูมิการใช้งานในระยะยาวที่สูงถึง 1,200℃ และจุดอ่อนตัวที่สูงถึง 1,700℃ นอกจากนี้ เส้นใยควอตซ์ยังมีคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าสูง ทนต่อการเผาไหม้ ทนต่อแรงกระแทกจากความร้อน มีคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม และมีเสถียรภาพทางเคมีที่ดี ดังนั้น เส้นใยควอตซ์จึงมีบทบาทสำคัญในการทหาร การป้องกันประเทศ การบิน และอุตสาหกรรมอวกาศ ซึ่งใช้ในการผลิตสิ่งของต่างๆ เช่น หัวฉีดจรวดและอุปกรณ์ป้องกันความร้อนของอวกาศ

การตระเตรียม

วิธีการผลิตเส้นใยควอตซ์มีดังนี้:

1. การหลอมแท่งหรือท่อควอทซ์ด้วยเปลวไฟไฮโดรเจน-ออกซิเจน จากนั้นเป่าให้เป็นเส้นใยด้วยเปลวไฟไฮโดรเจน-ออกซิเจน เพื่อผลิตใยควอทซ์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.7～1ไมโครเมตร?

2. การสร้างเส้นใยสั้นและแผ่นสักหลาดโดยการหลอมควอตซ์ด้วยเปลวไฟและใช้กระแสอากาศความเร็วสูง

3. การทำให้เส้นใยหรือแท่งควอตซ์อ่อนตัวด้วยความเร็วคงที่ผ่านเปลวไฟไฮโดรเจน-ออกซิเจนหรือเปลวไฟแก๊ส แล้วดึงให้กลายเป็นเส้นใยยาวอย่างรวดเร็ว

งานวิจัยที่เกี่ยวข้อง

กลไกความเสียหายจากความร้อนของเส้นใยควอตซ์

เส้นใยควอตซ์มักใช้งานในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง เมื่ออุณหภูมิสูง เส้นใยควอตซ์มีแนวโน้มที่จะเสื่อมสภาพเนื่องจากความร้อน ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิสูง มีการวิจัยมากมายเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงเฟสที่อุณหภูมิสูงของวัสดุควอตซ์ แต่มีรายงานเกี่ยวกับกลไกความเสียหายจากความร้อนของเส้นใยควอตซ์น้อยมาก

นักวิจัยได้ศึกษาการเปลี่ยนแปลงเฟสภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูง การเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างจุลภาคของพื้นผิว และผลกระทบต่อคุณสมบัติเชิงกลในการให้การสนับสนุนทางทฤษฎีสำหรับการขยายอายุการใช้งานของเส้นใยแก้วควอตซ์และการขยายขอบเขตการประยุกต์ใช้

ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าการลดลงของความแข็งแรงของเส้นใยควอตซ์สามารถแบ่งได้เป็น 2 ระยะ:

1. ในช่วงต่ำกว่า 600℃ เนื่องมาจากการระเหยของสารปรับสภาพพื้นผิวของเส้นใยควอตซ์ ทำให้เส้นผ่านศูนย์กลางลดลงเรื่อยๆ และข้อบกพร่อง เช่น รอยแตกร้าว แถบโป่งพอง และรอยแผลเป็นจะค่อยๆ ปรากฏชัดขึ้น ส่งผลให้ความแข็งแรงในการดึงของเส้นใยควอตซ์ลดลงช้าๆ

2. อยู่ในช่วง 600～1000℃ สารเคลือบผิวได้ระเหยหมดไปแล้ว ในระหว่างกระบวนการให้ความร้อนและทำความเย็น เนื่องจากความเครียดจากความร้อน แผ่นนูนและรอยแผลเป็นจะเริ่มลอกออก ทำให้เกิดรอยแตกร้าวและจุดบกพร่องบนพื้นผิวใหม่ ยิ่งอุณหภูมิสูงขึ้น การลอกของแผ่นนูนและรอยแผลเป็นจะยิ่งเด่นชัดมากขึ้น ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้ความแข็งแรงของเส้นใยควอตซ์ลดลงในช่วงอุณหภูมินี้ ส่งผลให้ความแข็งแรงของเส้นใยควอตซ์ที่ผ่านกระบวนการบำบัดที่ 600°C ลดลงอย่างมาก～1,000℃.

การบำบัดพื้นผิวของเส้นใยควอทซ์

เส้นใยควอตซ์เป็นเส้นใยแก้วที่มีปริมาณ ซิโอ2 สูง มีประสิทธิภาพดีเยี่ยมและนิยมใช้ในพื้นที่ที่มีความต้องการวัสดุพิเศษ เช่น สายสวนทางการแพทย์และการบำบัดก๊าซไอเสีย ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เนื่องจากคุณสมบัติทางกลและทางไฟฟ้าที่โดดเด่น จึงมีการนำมาใช้ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศมากขึ้น โดยเฉพาะในระบบปลอกหุ้มเสาอากาศอุณหภูมิสูง ปัจจุบัน การวิจัยเส้นใยควอตซ์มุ่งเน้นไปที่ประสิทธิภาพการตกผลึกและการปรับเปลี่ยนการเคลือบพื้นผิวเป็นหลัก วัสดุคอมโพสิตเมทริกซ์เซรามิกสำหรับปลอกหุ้มเสาอากาศที่มีหมายเลขมัคที่สูงมากมักใช้การเสริมใยควอตซ์อย่างต่อเนื่อง เพื่อรักษาความสามารถในการมัดรวมของใยควอตซ์สำหรับการทอ จำเป็นต้องเติมสารแช่ระหว่างกระบวนการผลิตเส้นใย ส่วนประกอบหลักของสารแช่คือสารอินทรีย์ โดยทั่วไป ปลอกหุ้มเสาอากาศเมทริกซ์เซรามิกต้องใช้การบำบัดด้วยอุณหภูมิสูงในสุญญากาศหรือบรรยากาศป้องกันเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย ดังนั้น สารอินทรีย์จะคาร์บอนไนซ์ และคาร์บอนที่เป็นอิสระอาจส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่อคุณสมบัติทางไฟฟ้าของปลอกหุ้มเสาอากาศ ดังนั้น เมื่อเตรียมวัสดุสำหรับเสาอากาศเมทริกซ์เซรามิกที่เสริมด้วยเส้นใยควอตซ์ จะต้องถอดสารเคลือบพื้นผิวของเส้นใยออกโดยลดความเสียหายของเส้นใยควอตซ์ให้เหลือน้อยที่สุด อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีรายงานเกี่ยวกับวิธีการถอดสารเคลือบพื้นผิว การเปลี่ยนแปลงในสัณฐานวิทยาและองค์ประกอบพื้นผิวก่อนและหลังการถอดออก และการเปลี่ยนแปลงในประสิทธิภาพ

นักวิจัยบางคนได้ศึกษาค้นคว้าวิธีการกำจัดสารที่จุ่มลงบนพื้นผิวของเส้นใยควอตซ์ โดยทำการวิเคราะห์ เอสอีเอ็ม และ เอ็กซ์พีเอส ของเส้นใยควอตซ์ที่ผ่านการบำบัดด้วยวิธีการต่างๆ และเปรียบเทียบการเปลี่ยนแปลงของความแข็งแรงแรงดึงก่อนและหลังการบำบัด ผลลัพธ์บ่งชี้ว่าการอบด้วยความร้อนที่อุณหภูมิสูงสามารถกำจัดสารที่จุ่มลงบนพื้นผิวได้อย่างสมบูรณ์ยิ่งขึ้น และความแข็งแรงของเส้นใยควอตซ์จะไวต่ออุณหภูมิในการอบด้วยความร้อน