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 bahan 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 pelunakan setinggi 1700℃. Selain itu, serat ini memiliki sifat isolasi listrik yang tinggi, ketahanan terhadap luka bakar, ketahanan terhadap guncangan termal, sifat dielektrik yang sangat baik, dan stabilitas kimia yang baik. Oleh karena itu, serat kuarsa memainkan peran penting dalam industri militer, pertahanan nasional, penerbangan, dan kedirgantaraan, yang 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 dan kemudian meniupnya menjadi serat dengan api hidrogen-oksigen untuk menghasilkan wol kuarsa dengan diameter 0,7～1μm?

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

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

Penelitian Terkait

Mekanisme Kerusakan Termal pada Serat Kuarsa

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

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

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

1. Pada kisaran di bawah 600℃, karena penguapan agen perawatan permukaan serat kuarsa, diameternya secara bertahap berkurang, dan cacat seperti retakan, tonjolan strip, dan bekas luka secara bertahap menjadi jelas, yang mengarah pada penurunan lambat dalam kekuatan tarik serat kuarsa;

2. Di kisaran 600～1000℃, agen perawatan permukaan telah menguap sepenuhnya. Selama proses pemanasan dan pendinginan, karena tekanan termal, tonjolan dan bekas strip mulai terkelupas, menciptakan retakan permukaan dan lokasi cacat baru. Semakin tinggi suhu, semakin jelas terkelupasnya tonjolan dan bekas strip, yang merupakan faktor utama yang menyebabkan penurunan kekuatan serat kuarsa pada kisaran suhu ini, yang mengakibatkan penurunan kekuatan serat kuarsa yang dirawat pada suhu 600～1000℃.

Perlakuan Permukaan Serat Kuarsa

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

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