소개

석영 섬유는 고순도 석영 또는 천연 결정으로 만들어진 무기 섬유로, 일반적으로 직경이 수 마이크론에서 수십 마이크론에 이릅니다. 석영 섬유는 고체 석영의 특성과 성질을 일부 유지하며 고온 저항성이 매우 뛰어납니다. 석영 유리 섬유는 이산화규소(SiO₂) 함량이 99.9% 이상입니다. 고온 성능은 고실리카 섬유보다 우수하여 장기 사용 온도가 최대 1200℃에 달하고 연화점은 1700℃까지 높습니다. 또한, 높은 전기 절연성, 내연성, 내열충격성, 우수한 유전 특성 및 화학적 안정성을 지니고 있습니다. 따라서 석영 섬유는 로켓 노즐 및 항공우주 열 보호 장치와 같은 제품 제조에 사용되어 군사, 국방, 항공 및 우주 산업에서 중요한 역할을 합니다.

준비

석영 섬유를 생산하는 방법에는 다음과 같은 것들이 있습니다:

1. 수소-산소 불꽃으로 석영 막대 또는 튜브를 녹인 다음, 수소-산소 불꽃으로 섬유 형태로 불어넣어 직경 0.7mm의 석영솜을 생산합니다.~1μm;

2. 화염으로 석영을 녹이고 고속 공기 흐름을 이용하여 짧은 섬유와 그 펠트 시트를 형성하는 방법;

3. 수소-산소 불꽃 또는 가스 불꽃을 통해 일정한 속도로 석영 필라멘트 또는 막대를 연화시킨 다음, 이를 빠르게 뽑아내어 긴 섬유로 만드는 방법.

관련 연구

석영 섬유의 열 손상 메커니즘

석영 섬유는 고온 환경에서 작동하는 경우가 많습니다. 고온에서 석영 섬유는 열화 현상을 겪기 쉬우며, 이는 고온 성능에 영향을 미칩니다. 석영 소재의 고온 상변화에 대한 연구는 활발히 진행되었지만, 석영 섬유의 열 손상 메커니즘에 대한 연구는 드뭅니다.

연구진은 고온 조건에서의 상변화, 표면 미세구조의 변화, 그리고 이러한 변화가 기계적 특성에 미치는 영향을 연구하여 석영 유리 섬유의 수명 연장 및 응용 분야 확대를 위한 이론적 근거를 제시했습니다.

연구 결과에 따르면 석영 섬유 강도의 감소는 두 단계로 나눌 수 있습니다.

1. 600℃ 이하의 온도 범위에서는 석영 섬유의 표면 처리제가 휘발되어 섬유 직경이 점차 감소하고 균열, 띠 모양의 돌출부, 흠집 등의 결함이 점차 나타나 석영 섬유의 인장 강도가 서서히 감소합니다.

2. 600 범위 내에서~1000℃에서는 표면 처리제가 이미 완전히 휘발됩니다. 가열 및 냉각 과정에서 열 응력으로 인해 스트립의 돌출부와 흠집이 벗겨지기 시작하면서 새로운 표면 균열 및 결함 부위가 생성됩니다. 온도가 높을수록 스트립 돌출부와 흠집의 벗겨짐 현상이 더욱 두드러지는데, 이는 해당 온도 범위에서 석영 섬유의 강도 감소를 유발하는 주요 요인이며, 결과적으로 600℃에서 처리된 석영 섬유의 강도가 크게 감소합니다.~1000℃.

석영 섬유의 표면 처리

석영 섬유는 이산화규소(이산화규소(SiO2)) 함량이 높은 유리 섬유로서 우수한 성능을 보이며, 생체 의료용 카테터 및 배기가스 처리와 같이 특수 소재가 요구되는 분야에 널리 사용됩니다. 최근에는 탁월한 기계적 및 유전적 특성 덕분에 항공우주 및 항공 분야, 특히 고온 안테나 후드 시스템에 사용이 증가하고 있습니다. 현재 석영 섬유에 대한 연구는 주로 결정화 성능 및 표면 코팅 개질에 집중되어 있습니다. 초고마하수 안테나 후드용 세라믹 매트릭스 복합재료는 종종 연속 석영 섬유 보강재를 사용합니다. 직조 시 석영 섬유의 다발성을 유지하기 위해 섬유 생산 과정에서 침지제를 첨가해야 하는데, 이 침지제의 주성분은 유기물입니다. 세라믹 매트릭스 안테나 후드는 최종 제품을 얻기 위해 일반적으로 진공 또는 보호 분위기의 고온 처리가 필요하므로, 이 과정에서 유기물이 탄화되고, 생성된 유리 탄소는 안테나 후드의 유전적 특성에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 석영 섬유 강화 세라믹 매트릭스 안테나 후드 소재를 제조할 때, 석영 섬유에 손상을 최소화하면서 섬유 표면의 침지제를 제거해야 합니다. 그러나 침지제 제거 방법, 제거 전후의 표면 형태 및 조성 변화, 그리고 성능 변화에 대한 연구 보고는 아직 없습니다.

일부 연구자들은 석영 섬유 표면의 침지제를 제거하는 방법을 연구하기 위해, 다양한 방법으로 처리된 석영 섬유에 대해 주사전자현미경(SEM) 및 XPS 분석을 수행하고 처리 전후의 인장 강도 변화를 비교했습니다. 그 결과, 고온 열처리가 석영 섬유 표면의 침지제를 더욱 완벽하게 제거할 수 있으며, 석영 섬유의 강도는 열처리 온도에 민감하다는 것을 알 수 있었습니다.