石英纤维

二氧化硅和天然石英晶体制成的纤维

由高纯二氧化硅和天然石英晶体制成的纤维。具有耐热、耐腐蚀和柔软性。高温下强度保持率高、尺寸稳定、抗热震性、化学稳定性、透光性及电绝缘性好。

简介

石英纤维是用高纯石英或天然水晶为原料制得的一种无机纤维，直径一般为几微米～几十微米。

它保持了固体石英的一些特点和性能，是一种优良的耐高温材料，可作为先进复合材料的一种增强相。石英玻璃纤维的SiO2质量分数高达99. 9%以上。耐高温性能比高硅氧纤维高，长期使用温度可达到1200℃ ，软化点温度高达1700℃ ，同时具有高的电绝缘性能，耐烧蚀，抗热震，优良的介电性能和良好的化学稳定性等。因此，石英纤维在军事、国防、航空、航天工业中有重要用途，可用于制造如火箭喷火口，航天热防护装置等。

制备

石英纤维的制法有：

（1）将石英棒或管用氢氧焰熔融拉丝，再用氢氧焰吹管喷吹，制成直径0.7～1μm的石英棉；

（2）石英经火焰熔融后用高速气流形成短纤维及其毡片；

（3）将石英丝或棒以恒定速度通过氢氧焰或煤气火焰，软化后高速拉成长丝。

相关研究

石英纤维热损伤机制

石英纤维常常处于高温的工作环境中。在高温作用下，石英纤维具有热退化倾向，影响其高温使用性能。目前对石英材料的高温相变化的研究较多，但对石英纤维热损伤机制的研究报道很少。

有学者研究了石英玻璃纤维高温条件下的相变、表面微观结构的变化及其对力学性能的影响规律，为探索提高石英玻璃纤维使用寿命，拓宽其应用领域，提供了理论依据。

研究结果表明：石英纤维强度下降可分为两个阶段。

（1）在低于600℃热处理温度范围内，由于石英纤维表面处理剂的挥发，石英纤维直径逐渐减小，原来表面的裂纹、条状凸起和结疤等缺陷逐渐显露出来，导致石英纤维抗拉强度缓慢降低；

（2）在600～ 1000℃的热处理温度范围内，石英纤维表面处理剂早已挥发完毕。在热处理的升降温过程中，由于热应力的作用，表面的条状凸起和结疤开始剥落，造成一定数量的新的表面裂口和裂纹缺陷。温度越高，石英纤维表面的条状凸起和结疤剥落现象越明显，这是造成这一温度条件下石英纤维强度降低的主要因素，导致600～ 1000℃处理过的石英纤维强度明显下降。

石英纤维的表面处理

石英纤维是一种SiO2含量高的玻璃纤维，具有优良的性能,广泛运用于对材料有着特殊要求的领域，如生物导管、废气处理等。近年来由于其突出的力学性能和介电性能而越来越多应用于航天、航空领域，尤其是耐高温天线罩体系中。目前对石英纤维研究主要集中在其析晶性能、表面涂覆改性等方面。超高马赫数天线罩用陶瓷基复合材料多采用连续的石英纤维增强体，这样必须对石英纤维进行编织以得到初始的形状，为保持石英纤维的集束性便于编织，必须在纤维生产过程中加浸润剂。浸润剂的主要成分为有机物。陶瓷基天线罩一般需要经过真空或者保护气氛下高温处理才能得到最后产品，这样有机物都将发生碳化，而游离碳的存在会严重影响天线罩的介电性能。因此在石英纤维增强陶瓷基天线罩材料制备时必须先将纤维表面浸润剂去除，同时减小对石英纤维的损伤。但是如何除去浸润剂，去除浸润剂前后石英纤维表面形貌、成分的变化，性能的变化方面的研究目前尚未见到报道。

有学者研究了石英纤维表面浸润剂的去除方法，对不同手段处理后的石英纤维做了SEM、XPS分析，比较了处理前后石英纤维的拉伸强度的变化。结果表明，高温热处理能比较完全去除石英纤维的表面浸润剂，石英纤维的强度对热处理温度比较敏感。

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