Introduction

Les fibres de quartz sont des fibres inorganiques fabriquées à partir de quartz de haute pureté ou de cristaux naturels, dont le diamètre varie généralement de quelques microns à quelques dizaines de microns. Elles conservent certaines caractéristiques et propriétés du quartz solide et sont d'excellents matériaux pour la résistance aux hautes températures. La fibre de verre de quartz a une fraction massique de SiO2 supérieure à 99,9 %. Ses performances à haute température sont supérieures à celles des fibres à haute teneur en silice, avec une température d'utilisation à long terme atteignant jusqu'à 1200℃ et un point de ramollissement aussi élevé que 1700℃. De plus, elle possède des propriétés d'isolation électrique élevées, une résistance aux brûlures, une résistance aux chocs thermiques, d'excellentes propriétés diélectriques et une bonne stabilité chimique. Par conséquent, les fibres de quartz jouent un rôle important dans les industries militaire, de défense nationale, de l'aviation et de l'aérospatiale, utilisées dans la fabrication d'articles tels que des tuyères de fusée et des dispositifs de protection thermique aérospatiaux.

Préparation

Les procédés de production de fibres de quartz comprennent :

1. Faire fondre des tiges ou des tubes de quartz avec une flamme hydrogène-oxygène, puis les souffler en fibres avec une flamme hydrogène-oxygène pour produire de la laine de quartz d'un diamètre de 0,7～1µm ?

2. Formation de fibres courtes et de leurs feuilles de feutre en faisant fondre du quartz avec une flamme et en utilisant un flux d'air à grande vitesse ;

3. Ramollissement des filaments ou des tiges de quartz à vitesse constante à l'aide d'une flamme hydrogène-oxygène ou d'une flamme à gaz, puis étirage rapide en longues fibres.

Recherches connexes

Mécanisme de dommages thermiques des fibres de quartz

Les fibres de quartz fonctionnent souvent dans des environnements à haute température. À haute température, les fibres de quartz ont tendance à subir une dégradation thermique, ce qui affecte leurs performances à haute température. Il existe de nombreuses recherches sur les changements de phase à haute température des matériaux en quartz, mais peu de rapports sur le mécanisme de dommage thermique des fibres de quartz.

Les chercheurs ont étudié la transformation de phase dans des conditions de haute température, les changements dans la microstructure de surface et leurs effets sur les propriétés mécaniques, apportant ainsi un soutien théorique à l'extension de la durée de vie des fibres de verre de quartz et à l'élargissement de leurs domaines d'application.

Les résultats montrent que la diminution de la résistance des fibres de quartz peut être divisée en deux étapes :

1. Dans la plage inférieure à 600 ℃, en raison de la volatilisation de l'agent de traitement de surface des fibres de quartz, le diamètre diminue progressivement et des défauts tels que des fissures, des renflements de bande et des cicatrices deviennent progressivement apparents, entraînant une lente diminution de la résistance à la traction des fibres de quartz ;

2. Dans la gamme de 600～À 1 000 °C, l'agent de traitement de surface s'est déjà complètement volatilisé. Pendant le processus de chauffage et de refroidissement, en raison du stress thermique, les renflements et les cicatrices de la bande commencent à se décoller, créant de nouvelles fissures de surface et des sites de défauts. Plus la température est élevée, plus le pelage des renflements et des cicatrices de la bande est prononcé, ce qui est un facteur majeur provoquant la réduction de la résistance des fibres de quartz dans cette plage de température, ce qui entraîne une diminution significative de la résistance des fibres de quartz traitées à 600 °C.～1000℃.

Traitement de surface des fibres de quartz

Les fibres de quartz, qui sont des fibres de verre à haute teneur en SiO2, présentent d'excellentes performances et sont largement utilisées dans les domaines ayant des exigences matérielles particulières, telles que les cathéters biomédicaux et le traitement des gaz d'échappement. Ces dernières années, en raison de leurs propriétés mécaniques et diélectriques exceptionnelles, elles sont de plus en plus utilisées dans les domaines de l'aérospatiale et de l'aviation, en particulier dans les systèmes de capots d'antenne à haute température. Actuellement, la recherche sur les fibres de quartz se concentre principalement sur leurs performances de cristallisation et les modifications de revêtement de surface. Les matériaux composites à matrice céramique pour les capots d'antenne à nombre de Mach ultra élevé utilisent souvent un renforcement continu en fibres de quartz. Pour maintenir la capacité de regroupement des fibres de quartz pour le tissage, un agent d'immersion doit être ajouté pendant le processus de production de fibres. Le composant principal de l'agent d'immersion est la matière organique. Les capots d'antenne à matrice céramique nécessitent généralement un traitement à haute température sous vide ou sous atmosphère protectrice pour obtenir le produit final, ainsi la matière organique se carbonisera et la présence de carbone libre peut gravement affecter les propriétés diélectriques du capot d'antenne. Par conséquent, lors de la préparation des matériaux de capot d'antenne à matrice céramique renforcée de fibres de quartz, l'agent d'immersion de surface de la fibre doit être éliminé tout en minimisant les dommages aux fibres de quartz. Cependant, il n'existe pas encore de rapports sur la manière d'éliminer l'agent d'immersion, les changements de morphologie et de composition de surface avant et après le retrait, et les changements de performances.

Certains chercheurs ont étudié des méthodes permettant d'éliminer l'agent d'immersion de surface des fibres de quartz, en effectuant des analyses SEM et XPS sur des fibres de quartz traitées par différents moyens et en comparant les changements de résistance à la traction avant et après traitement. Les résultats indiquent que le traitement thermique à haute température peut éliminer plus complètement l'agent d'immersion de surface et que la résistance des fibres de quartz est sensible à la température du traitement thermique.