Pengenalan

Gentian kuarza ialah gentian bukan organik yang diperbuat daripada kuarza berketulenan tinggi atau kristal semula jadi, dengan diameter biasanya antara beberapa mikron hingga puluhan mikron. Ia mengekalkan beberapa ciri dan sifat kuarza pepejal dan merupakan bahan yang sangat baik untuk rintangan suhu tinggi. Gentian kaca kuarza mempunyai pecahan jisim SiO2 lebih 99.9%. Prestasi suhu tingginya adalah lebih baik daripada gentian silika tinggi, dengan suhu penggunaan jangka panjang mencecah sehingga 1200℃ dan takat pelembutan setinggi 1700℃. Selain itu, ia mempunyai sifat penebat elektrik yang tinggi, rintangan terbakar, rintangan kejutan haba, sifat dielektrik yang sangat baik dan kestabilan kimia yang baik. Oleh itu, gentian kuarza memainkan peranan penting dalam industri ketenteraan, pertahanan negara, penerbangan dan aeroangkasa, yang digunakan dalam pembuatan barangan seperti muncung roket dan peranti perlindungan haba aeroangkasa.

Persediaan

Kaedah untuk menghasilkan gentian kuarza termasuk:

1. Meleburkan rod atau tiub kuarza dengan api hidrogen-oksigen dan kemudian meniupnya menjadi gentian dengan api hidrogen-oksigen untuk menghasilkan bulu kuarza dengan diameter 0.7~1μm;

2. Membentuk gentian pendek dan kepingan feltnya dengan mencairkan kuarza dengan api dan menggunakan aliran udara berkelajuan tinggi;

3. Melembutkan filamen atau rod kuarza pada kelajuan malar melalui nyalaan hidrogen-oksigen atau nyalaan gas, dan kemudian menariknya dengan cepat menjadi gentian panjang.

Penyelidikan Berkaitan

Mekanisme Kerosakan Terma Gentian Kuarza

Gentian kuarza sering beroperasi dalam persekitaran suhu tinggi. Pada suhu tinggi, gentian kuarza cenderung mengalami degradasi haba, yang menjejaskan prestasi suhu tingginya. Terdapat kajian meluas tentang perubahan fasa suhu tinggi bahan kuarza, tetapi hanya sedikit laporan tentang mekanisme kerosakan haba gentian kuarza.

Penyelidik telah mengkaji transformasi fasa di bawah keadaan suhu tinggi, perubahan dalam mikrostruktur permukaan, dan kesannya terhadap sifat mekanikal dalam menyediakan sokongan teori untuk memanjangkan jangka hayat gentian kaca kuarza dan meluaskan medan aplikasinya.

Keputusan menunjukkan bahawa penurunan kekuatan gentian kuarza boleh dibahagikan kepada dua peringkat:

1. Dalam julat di bawah 600℃, disebabkan oleh pengewapan agen rawatan permukaan gentian kuarza, diameternya secara beransur-ansur berkurangan, dan kecacatan seperti retakan, bonjolan jalur, dan parut secara beransur-ansur menjadi jelas, yang membawa kepada penurunan kekuatan tegangan gentian kuarza yang perlahan;

2. Dalam lingkungan 600~Pada suhu 1000℃, agen rawatan permukaan telah meruap sepenuhnya. Semasa proses pemanasan dan penyejukan, disebabkan oleh tekanan haba, jalur akan membonjol dan parut mula tertanggal, mewujudkan retakan permukaan baharu dan tapak kecacatan. Semakin tinggi suhu, semakin ketara pengelupasan jalur yang membonjol dan parut, yang merupakan faktor utama yang menyebabkan pengurangan kekuatan gentian kuarza pada julat suhu ini, mengakibatkan penurunan kekuatan gentian kuarza yang dirawat pada suhu 600.~1000℃.

Rawatan Permukaan Gentian Kuarza

Gentian kuarza, iaitu gentian kaca dengan kandungan SiO2 yang tinggi, mempamerkan prestasi yang sangat baik dan digunakan secara meluas di kawasan yang mempunyai keperluan bahan khas, seperti kateter bioperubatan dan rawatan gas ekzos. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, disebabkan oleh sifat mekanikal dan dielektriknya yang luar biasa, ia semakin banyak digunakan dalam bidang aeroangkasa dan penerbangan, terutamanya dalam sistem hud antena suhu tinggi. Pada masa ini, penyelidikan mengenai gentian kuarza terutamanya tertumpu pada prestasi penghabluran dan pengubahsuaian salutan permukaannya. Bahan komposit matriks seramik untuk hud antena nombor Mach ultra tinggi sering menggunakan tetulang gentian kuarza berterusan. Untuk mengekalkan kebolehikat gentian kuarza untuk tenunan, agen rendaman mesti ditambah semasa proses pengeluaran gentian. Komponen utama agen rendaman ialah bahan organik. Hud antena matriks seramik secara amnya memerlukan rawatan suhu tinggi vakum atau atmosfera pelindung untuk mendapatkan produk akhir, justeru bahan organik akan terkarbon, dan kehadiran karbon bebas boleh menjejaskan sifat dielektrik hud antena dengan teruk. Oleh itu, semasa menyediakan bahan hud antena matriks seramik bertetulang gentian kuarza, agen rendaman permukaan gentian mesti dikeluarkan sambil meminimumkan kerosakan pada gentian kuarza. Walau bagaimanapun, tiada laporan lagi tentang cara untuk membuang agen rendaman, perubahan dalam morfologi dan komposisi permukaan sebelum dan selepas penyingkiran, serta perubahan dalam prestasi.

Sesetengah penyelidik telah mengkaji kaedah untuk membuang agen rendaman permukaan gentian kuarza, menjalankan analisis SEM dan XPS pada gentian kuarza yang dirawat dengan cara yang berbeza dan membandingkan perubahan kekuatan tegangan sebelum dan selepas rawatan. Keputusan menunjukkan bahawa rawatan haba suhu tinggi boleh membuang agen rendaman permukaan dengan lebih lengkap dan kekuatan gentian kuarza sensitif terhadap suhu rawatan haba.