Lutetiumoxider et lovende ildfast materiale på grund af dets høje temperaturbestandighed, korrosionsbestandighed og lave fononenergi. På grund af dets homogene natur, ingen faseovergang under smeltepunktet og høj strukturel tolerance spiller det desuden en vigtig rolle i katalytiske materialer, magnetiske materialer, optisk glas, laser, elektronik, luminescens, superledning og højenergistråling opdagelse. Sammenlignet med traditionelle materialeformer,lutetiumoxidfibermaterialer udviser fordele såsom ultrastærk fleksibilitet, højere laserskadetærskel og bredere transmissionsbåndbredde. De har brede anvendelsesmuligheder inden for højenergilasere og højtemperaturstrukturmaterialer. Men diameteren af langlutetiumoxidfibre opnået ved traditionelle metoder er ofte større (>75 μm) Fleksibiliteten er relativt dårlig, og der har ikke været rapporter om høj ydeevnelutetiumoxidkontinuerlige fibre. Af denne grund brugte professor Zhu Luyi og andre fra Shandong Universitylutetiumindeholdende organiske polymerer (PALu) som forstadier, kombineret med tørspinding og efterfølgende varmebehandlingsprocesser, for at bryde igennem flaskehalsen ved fremstilling af fleksible lutetiumoxidkontinuerlige fibre med høj styrke og fin diameter og opnå kontrollerbar fremstilling af højtydendelutetiumoxidkontinuerlige fibre.
Figur 1 Tørspinningsproces af kontinuerliglutetiumoxidfibre
Dette arbejde fokuserer på den strukturelle beskadigelse af precursorfibre under den keramiske proces. Med udgangspunkt i reguleringen af prækursors dekomponeringsform foreslås en innovativ metode til trykassisteret vanddampforbehandling. Ved at justere forbehandlingstemperaturen for at fjerne organiske ligander i form af molekyler, undgås skaden på fiberstrukturen under den keramiske proces i høj grad, og derved sikres kontinuiteten aflutetiumoxidfibre. Udviser fremragende mekaniske egenskaber. Forskning har fundet, at ved lavere forbehandlingstemperaturer er prækursorer mere tilbøjelige til at gennemgå hydrolysereaktioner, hvilket forårsager overfladerynker på fibrene, hvilket fører til flere revner på overfladen af keramiske fibre og direkte pulverisering på makroniveau; En højere forbehandlingstemperatur vil få prækursoren til at krystallisere direkte ind ilutetiumoxid, hvilket forårsager ujævn fiberstruktur, hvilket resulterer i større fiberskørhed og kortere længde; Efter forbehandling ved 145 ℃ er fiberstrukturen tæt, og overfladen er forholdsvis glat. Efter høj temperatur varmebehandling, en makroskopisk næsten gennemsigtig kontinuerliglutetiumoxidfiber med en diameter på omkring 40 blev opnået med succes μM.
Figur 2 Optiske fotos og SEM-billeder af forbehandlede precursorfibre. Forbehandlingstemperatur: (a, d, g) 135 ℃, (b, e, h) 145 ℃, (c, f, i) 155 ℃
Figur 3 Optisk foto af kontinuerliglutetiumoxidfibre efter keramisk behandling. Forbehandlingstemperatur: (a) 135 ℃, (b) 145 ℃
Figur 4: (a) XRD-spektrum, (b) optiske mikroskopfotos, (c) termisk stabilitet og mikrostruktur af kontinuerligelutetiumoxidfibre efter højtemperaturbehandling. Varmebehandlingstemperatur: (d, g) 1100 ℃, (e, h) 1200 ℃, (f, i) 1300 ℃
Derudover rapporterer dette arbejde for første gang trækstyrken, elasticitetsmodulet, fleksibiliteten og temperaturbestandigheden af kontinuerligelutetiumoxidfibre. Den enkelte filamenttrækstyrke er 345,33-373,23 MPa, elasticitetsmodulet er 27,71-31,55 GPa, og den ultimative krumningsradius er 3,5-4,5 mm. Selv efter varmebehandling ved 1300 ℃ var der intet signifikant fald i fibrenes mekaniske egenskaber, hvilket fuldt ud beviser, at temperaturmodstanden af den kontinuerligelutetiumoxidfibre fremstillet i dette arbejde er ikke mindre end 1300 ℃.
Figur 5 Mekaniske egenskaber ved kontinuertlutetiumoxidfibre. (a) Spændings-tøjningskurve, (b) trækstyrke, (c) elasticitetsmodul, (df) krumningsradius. Varmebehandlingstemperatur: (d) 1100 ℃, (e) 1200 ℃, (f) 1300 ℃
Dette arbejde fremmer ikke kun anvendelse og udvikling aflutetiumoxidinden for højtemperatur-strukturmaterialer, højenergilasere og andre områder, men giver også nye ideer til fremstilling af højtydende oxidkontinuerlige fibre
Indlægstid: 09-november 2023