Introdução

As fibras de quartzo são fibras inorgânicas feitas de quartzo de alta pureza ou cristais naturais, com diâmetros tipicamente variando de vários mícrons a dezenas de mícrons. Elas retêm algumas características e propriedades do quartzo sólido e são excelentes materiais para resistência a altas temperaturas. A fibra de vidro de quartzo tem uma fração de massa de SiO2 de mais de 99,9%. Seu desempenho em altas temperaturas é superior ao das fibras de alto teor de sílica, com uma temperatura de uso de longo prazo atingindo até 1200℃ e um ponto de amolecimento tão alto quanto 1700℃. Além disso, possui altas propriedades de isolamento elétrico, resistência à queima, resistência ao choque térmico, excelentes propriedades dielétricas e boa estabilidade química. Consequentemente, as fibras de quartzo desempenham um papel significativo nas indústrias militar, de defesa nacional, aviação e aeroespacial, usadas na fabricação de itens como bicos de foguetes e dispositivos de proteção térmica aeroespacial.

Preparação

Os métodos para produção de fibras de quartzo incluem:

1. Derreter hastes ou tubos de quartzo com uma chama de hidrogênio-oxigênio e depois soprá-los em fibras com uma chama de hidrogênio-oxigênio para produzir lã de quartzo com um diâmetro de 0,7～1μm?

2. Formação de fibras curtas e suas folhas de feltro por meio da fusão de quartzo com uma chama e uso de fluxo de ar de alta velocidade;

3. Amolecer filamentos ou hastes de quartzo a uma velocidade constante através de uma chama de hidrogênio-oxigênio ou chama de gás e, em seguida, rapidamente transformá-los em fibras longas.

Pesquisa relacionada

Mecanismo de dano térmico das fibras de quartzo

As fibras de quartzo geralmente operam em ambientes de alta temperatura. Em altas temperaturas, as fibras de quartzo tendem a sofrer degradação térmica, afetando seu desempenho em alta temperatura. Há uma extensa pesquisa sobre as mudanças de fase de alta temperatura de materiais de quartzo, mas poucos relatórios sobre o mecanismo de dano térmico das fibras de quartzo.

Pesquisadores estudaram a transformação de fase sob condições de alta temperatura, as mudanças na microestrutura da superfície e seus efeitos nas propriedades mecânicas, fornecendo suporte teórico para estender a vida útil das fibras de vidro de quartzo e ampliar seus campos de aplicação.

Os resultados mostram que o declínio na resistência da fibra de quartzo pode ser dividido em duas etapas:

1. Na faixa abaixo de 600℃, devido à volatilização do agente de tratamento de superfície das fibras de quartzo, o diâmetro diminui gradualmente, e defeitos como rachaduras, protuberâncias de tiras e cicatrizes gradualmente se tornam aparentes, levando a uma diminuição lenta na resistência à tração das fibras de quartzo;

2. Na faixa de 600～1000℃, o agente de tratamento de superfície já se volatiliza completamente. Durante o processo de aquecimento e resfriamento, devido ao estresse térmico, as saliências e cicatrizes da tira começam a descascar, criando novas rachaduras na superfície e locais de defeitos. Quanto mais alta a temperatura, mais pronunciado é o descascamento das saliências e cicatrizes da tira, o que é um fator importante que causa a redução da resistência das fibras de quartzo nessa faixa de temperatura, resultando em uma diminuição significativa na resistência das fibras de quartzo tratadas a 600～1000℃.

Tratamento de superfície de fibras de quartzo

As fibras de quartzo, sendo fibras de vidro com alto teor de SiO2, apresentam excelente desempenho e são amplamente utilizadas em áreas com requisitos especiais de materiais, como cateteres biomédicos e tratamento de gases de exaustão. Nos últimos anos, devido às suas excelentes propriedades mecânicas e dielétricas, elas são cada vez mais utilizadas nos campos aeroespacial e de aviação, especialmente em sistemas de cobertura de antena de alta temperatura. Atualmente, a pesquisa sobre fibras de quartzo se concentra principalmente em seu desempenho de cristalização e modificações de revestimento de superfície. Materiais compostos de matriz cerâmica para coberturas de antena de número de Mach ultra-alto geralmente usam reforço contínuo de fibra de quartzo. Para manter a capacidade de empacotamento das fibras de quartzo para tecelagem, um agente de imersão deve ser adicionado durante o processo de produção da fibra. O principal componente do agente de imersão é a matéria orgânica. As coberturas de antena de matriz cerâmica geralmente requerem tratamento de alta temperatura a vácuo ou atmosfera protetora para obter o produto final, portanto, a matéria orgânica carbonizará e a presença de carbono livre pode afetar severamente as propriedades dielétricas da cobertura da antena. Portanto, ao preparar materiais de capa de antena de matriz cerâmica reforçada com fibra de quartzo, o agente de imersão de superfície da fibra deve ser removido, minimizando os danos às fibras de quartzo. No entanto, ainda não há relatórios sobre como remover o agente de imersão, as mudanças na morfologia e composição da superfície antes e depois da remoção e as mudanças no desempenho.

Alguns pesquisadores investigaram métodos para remover o agente de imersão de superfície de fibras de quartzo, conduzindo análises SEM e XPS em fibras de quartzo tratadas por diferentes meios e comparando as mudanças na resistência à tração antes e depois do tratamento. Os resultados indicam que o tratamento térmico de alta temperatura pode remover mais completamente o agente de imersão de superfície e a resistência das fibras de quartzo é sensível à temperatura do tratamento térmico.