Perkenalan

Serat kuarsa adalah serat anorganik yang terbuat dari kuarsa dengan kemurnian tinggi atau kristal alami, dengan diameter biasanya berkisar dari beberapa mikron hingga puluhan mikron. Serat ini mempertahankan beberapa karakteristik dan sifat kuarsa padat dan merupakan material yang sangat baik untuk ketahanan suhu tinggi. Serat kaca kuarsa memiliki fraksi massa SiO2 lebih dari 99,9%. Kinerja suhu tingginya lebih unggul daripada serat silika tinggi, dengan suhu penggunaan jangka panjang mencapai hingga 1200℃ dan titik lunak setinggi 1700℃. Selain itu, serat ini memiliki sifat isolasi listrik yang tinggi, ketahanan terhadap api, ketahanan terhadap guncangan termal, sifat dielektrik yang sangat baik, dan stabilitas kimia yang baik. Akibatnya, serat kuarsa memainkan peran penting dalam industri militer, pertahanan nasional, penerbangan, dan kedirgantaraan, digunakan dalam pembuatan barang-barang seperti nosel roket dan perangkat perlindungan termal kedirgantaraan.

Persiapan

Metode untuk memproduksi serat kuarsa meliputi:

1. Melelehkan batang atau tabung kuarsa dengan api hidrogen-oksigen lalu meniupnya menjadi serat dengan api hidrogen-oksigen untuk menghasilkan wol kuarsa dengan diameter 0,7~1μm;

2. Membentuk serat pendek dan lembaran feltnya dengan melelehkan kuarsa menggunakan api dan aliran udara berkecepatan tinggi;

3. Melunakkan filamen atau batang kuarsa dengan kecepatan konstan melalui nyala api hidrogen-oksigen atau nyala api gas, lalu dengan cepat menariknya menjadi serat panjang.

Penelitian Terkait

Mekanisme Kerusakan Termal pada Serat Kuarsa

Serat kuarsa sering beroperasi di lingkungan bersuhu tinggi. Pada suhu tinggi, serat kuarsa cenderung mengalami degradasi termal, yang memengaruhi kinerja suhu tingginya. Terdapat banyak penelitian tentang perubahan fase suhu tinggi pada material kuarsa, tetapi hanya sedikit laporan tentang mekanisme kerusakan termal pada serat kuarsa.

Para peneliti telah mempelajari transformasi fasa dalam kondisi suhu tinggi, perubahan mikrostruktur permukaan, dan pengaruhnya terhadap sifat mekanik, yang memberikan dukungan teoritis untuk memperpanjang umur pakai serat kaca kuarsa dan memperluas bidang aplikasinya.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa penurunan kekuatan serat kuarsa dapat dibagi menjadi dua tahap:

1. Pada kisaran suhu di bawah 600℃, karena penguapan zat perawatan permukaan serat kuarsa, diameternya secara bertahap berkurang, dan cacat seperti retakan, tonjolan memanjang, dan bekas luka secara bertahap menjadi terlihat, yang menyebabkan penurunan kekuatan tarik serat kuarsa secara perlahan;

2. Dalam kisaran 600~Pada suhu 1000℃, agen perawatan permukaan telah menguap sepenuhnya. Selama proses pemanasan dan pendinginan, karena tekanan termal, tonjolan dan bekas luka pada strip mulai terkelupas, menciptakan retakan permukaan dan cacat baru. Semakin tinggi suhu, semakin jelas pengelupasan tonjolan dan bekas luka pada strip, yang merupakan faktor utama penyebab penurunan kekuatan serat kuarsa pada kisaran suhu ini, sehingga mengakibatkan penurunan kekuatan yang signifikan pada serat kuarsa yang diolah pada suhu 600℃.~1000℃.

Perlakuan Permukaan Serat Kuarsa

Serat kuarsa, sebagai serat kaca dengan kandungan SiO2 yang tinggi, menunjukkan kinerja yang sangat baik dan banyak digunakan di bidang dengan persyaratan material khusus, seperti kateter biomedis dan pengolahan gas buang. Dalam beberapa tahun terakhir, karena sifat mekanik dan dielektriknya yang luar biasa, serat kuarsa semakin banyak digunakan di bidang kedirgantaraan dan penerbangan, terutama dalam sistem penutup antena suhu tinggi. Saat ini, penelitian tentang serat kuarsa terutama berfokus pada kinerja kristalisasi dan modifikasi pelapisan permukaannya. Material komposit matriks keramik untuk penutup antena bilangan Mach ultra-tinggi sering menggunakan penguatan serat kuarsa kontinu. Untuk mempertahankan kemampuan pengikatan serat kuarsa untuk penenunan, agen perendam harus ditambahkan selama proses produksi serat. Komponen utama agen perendam adalah bahan organik. Penutup antena matriks keramik umumnya memerlukan perlakuan suhu tinggi vakum atau atmosfer pelindung untuk mendapatkan produk akhir, sehingga bahan organik akan mengalami karbonisasi, dan keberadaan karbon bebas dapat sangat memengaruhi sifat dielektrik penutup antena. Oleh karena itu, ketika menyiapkan material penutup antena matriks keramik yang diperkuat serat kuarsa, agen perendam permukaan serat harus dihilangkan sambil meminimalkan kerusakan pada serat kuarsa. Namun, belum ada laporan mengenai cara menghilangkan zat perendam, perubahan morfologi dan komposisi permukaan sebelum dan sesudah penghilangan, serta perubahan kinerja.

Beberapa peneliti telah menyelidiki metode untuk menghilangkan zat perendam permukaan serat kuarsa, melakukan analisis SEM dan XPS pada serat kuarsa yang diolah dengan cara berbeda dan membandingkan perubahan kekuatan tarik sebelum dan sesudah pengolahan. Hasilnya menunjukkan bahwa perlakuan panas suhu tinggi dapat menghilangkan zat perendam permukaan secara lebih menyeluruh dan kekuatan serat kuarsa sensitif terhadap suhu perlakuan panas.