[科普中國(guó)]-石英纖維

由高純二氧化硅和天然石英晶體制成的纖維。具有耐熱、耐腐蝕和柔軟性。高溫下強(qiáng)度保持率高、尺寸穩(wěn)定、抗熱震性、化學(xué)穩(wěn)定性、透光性及電絕緣性好。

簡(jiǎn)介石英纖維是用高純石英或天然水晶為原料制得的一種無(wú)機(jī)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(diǎn)和性能，是一種優(yōu)良的耐高溫材料，可作為先進(jìn)復(fù)合材料的一種增強(qiáng)相。石英玻璃纖維的SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)99. 9%以上。耐高溫性能比高硅氧纖維高，長(zhǎng)期使用溫度可達(dá)到1200℃ ，軟化點(diǎn)溫度高達(dá)1700℃ ，同時(shí)具有高的電絕緣性能，耐燒蝕，抗熱震，優(yōu)良的介電性能和良好的化學(xué)穩(wěn)定性等。因此，石英纖維在軍事、國(guó)防、航空、航天工業(yè)中有重要用途，可用于制造如火箭噴火口，航天熱防護(hù)裝置等。

制備石英纖維的制法有：

（1）將石英棒或管用氫氧焰熔融拉絲，再用氫氧焰吹管?chē)姶?，制成直?.7～1μm的石英棉；

（2）石英經(jīng)火焰熔融后用高速氣流形成短纖維及其氈片；

（3）將石英絲或棒以恒定速度通過(guò)氫氧焰或煤氣火焰，軟化后高速拉成長(zhǎng)絲。

相關(guān)研究石英纖維熱損傷機(jī)制石英纖維常常處于高溫的工作環(huán)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(duì)石英材料的高溫相變化的研究較多，但對(duì)石英纖維熱損傷機(jī)制的研究報(bào)道很少。

有學(xué)者研究了石英玻璃纖維高溫條件下的相變、表面微觀結(jié)構(gòu)的變化及其對(duì)力學(xué)性能的影響規(guī)律，為探索提高石英玻璃纖維使用壽命，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域，提供了理論依據(jù)。

研究結(jié)果表明：石英纖維強(qiáng)度下降可分為兩個(gè)階段1。

（1）在低于600℃熱處理溫度范圍內(nèi)，由于石英纖維表面處理劑的揮發(fā)，石英纖維直徑逐漸減小，原來(lái)表面的裂紋、條狀凸起和結(jié)疤等缺陷逐漸顯露出來(lái)，導(dǎo)致石英纖維抗拉強(qiáng)度緩慢降低；

（2）在600～ 1000℃的熱處理溫度范圍內(nèi)，石英纖維表面處理劑早已揮發(fā)完畢。在熱處理的升降溫過(guò)程中，由于熱應(yīng)力的作用，表面的條狀凸起和結(jié)疤開(kāi)始剝落，造成一定數(shù)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(jié)疤剝落現(xiàn)象越明顯，這是造成這一溫度條件下石英纖維強(qiáng)度降低的主要因素，導(dǎo)致600～ 1000℃處理過(guò)的石英纖維強(qiáng)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(yōu)良的性能,廣泛運(yùn)用于對(duì)材料有著特殊要求的領(lǐng)域，如生物導(dǎo)管、廢氣處理等。近年來(lái)由于其突出的力學(xué)性能和介電性能而越來(lái)越多應(yīng)用于航天、航空領(lǐng)域，尤其是耐高溫天線罩體系中。目前對(duì)石英纖維研究主要集中在其析晶性能、表面涂覆改性等方面。超高馬赫數(shù)天線罩用陶瓷基復(fù)合材料多采用連續(xù)的石英纖維增強(qiáng)體，這樣必須對(duì)石英纖維進(jìn)行編織以得到初始的形狀，為保持石英纖維的集束性便于編織，必須在纖維生產(chǎn)過(guò)程中加浸潤(rùn)劑。浸潤(rùn)劑的主要成分為有機(jī)物。陶瓷基天線罩一般需要經(jīng)過(guò)真空或者保護(hù)氣氛下高溫處理才能得到最后產(chǎn)品，這樣有機(jī)物都將發(fā)生碳化，而游離碳的存在會(huì)嚴(yán)重影響天線罩的介電性能。因此在石英纖維增強(qiáng)陶瓷基天線罩材料制備時(shí)必須先將纖維表面浸潤(rùn)劑去除，同時(shí)減小對(duì)石英纖維的損傷。但是如何除去浸潤(rùn)劑，去除浸潤(rùn)劑前后石英纖維表面形貌、成分的變化，性能的變化方面的研究目前尚未見(jiàn)到報(bào)道。

有學(xué)者2研究了石英纖維表面浸潤(rùn)劑的去除方法，對(duì)不同手段處理后的石英纖維做了SEM、XPS分析，比較了處理前后石英纖維的拉伸強(qiáng)度的變化。結(jié)果表明，高溫?zé)崽幚砟鼙容^完全去除石英纖維的表面浸潤(rùn)劑，石英纖維的強(qiáng)度對(duì)熱處理溫度比較敏感。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李曉林 - 教授 - 西南大學(xué)