Tlenek lutetujest obiecującym materiałem ogniotrwałym ze względu na jego odporność na wysoką temperaturę, odporność na korozję i niską energię fononów. Ponadto, ze względu na swój jednorodny charakter, brak przejścia fazowego poniżej temperatury topnienia i wysoką tolerancję strukturalną, odgrywa ważną rolę w materiałach katalitycznych, materiałach magnetycznych, szkle optycznym, laserze, elektronice, luminescencji, nadprzewodnictwie i promieniowaniu wysokoenergetycznym wykrywanie. W porównaniu z tradycyjnymi formami materialnymi,tlenek lutetumateriały włókniste wykazują zalety, takie jak wyjątkowo duża elastyczność, wyższy próg uszkodzenia lasera i szersze pasmo transmisji. Mają szerokie perspektywy zastosowania w dziedzinie laserów wysokoenergetycznych i wysokotemperaturowych materiałów konstrukcyjnych. Jednak średnica długatlenek lutetuwłókna otrzymywane tradycyjnymi metodami są często większe (>75 μm) Elastyczność jest stosunkowo słaba i nie ma doniesień o wysokiej wydajnościtlenek lutetuwłókna ciągłe. Z tego powodu korzystał z nich profesor Zhu Luyi i inni z Uniwersytetu w Shandonglutetzawierające polimery organiczne (PALu) jako prekursory, w połączeniu z przędzeniem na sucho i następującymi po nim procesami obróbki cieplnej, w celu przełamania wąskiego gardła w wytwarzaniu elastycznych włókien ciągłych tlenku lutetu o wysokiej wytrzymałości i małej średnicy oraz uzyskania kontrolowanego wytwarzania wysokowydajnychtlenek lutetuwłókna ciągłe.
Rysunek 1. Proces przędzenia na sucho w trybie ciągłymtlenek lutetuwłókna
Niniejsza praca koncentruje się na uszkodzeniach strukturalnych włókien prekursorowych podczas procesu ceramicznego. Wychodząc od regulacji formy rozkładu prekursora zaproponowano innowacyjną metodę wstępnej obróbki pary wodnej wspomaganej ciśnieniowo. Dostosowując temperaturę obróbki wstępnej w celu usunięcia ligandów organicznych w postaci cząsteczek, w dużym stopniu unika się uszkodzeń struktury włókien podczas procesu ceramicznego, zapewniając w ten sposób ciągłośćtlenek lutetuwłókna. Wykazuje doskonałe właściwości mechaniczne. Badania wykazały, że w niższych temperaturach obróbki wstępnej prekursory częściej ulegają reakcjom hydrolizy, powodując powierzchniowe zmarszczki na włóknach, co prowadzi do większej liczby pęknięć na powierzchni włókien ceramicznych i bezpośredniego proszkowania na poziomie makro; Wyższa temperatura obróbki wstępnej spowoduje bezpośrednią krystalizację prekursoratlenek lutetu, powodując nierówną strukturę włókien, co skutkuje większą kruchością włókien i krótszą długością; Po obróbce wstępnej w temperaturze 145℃ struktura włókien jest gęsta, a powierzchnia stosunkowo gładka. Po obróbce cieplnej w wysokiej temperaturze makroskopowa, prawie przezroczysta ciągłatlenek lutetuUdało się uzyskać włókno o średnicy około 40 µM.
Rysunek 2 Zdjęcia optyczne i obrazy SEM wstępnie przetworzonych włókien prekursorowych. Temperatura obróbki wstępnej: (a, d, g) 135 ℃, (b, e, h) 145 ℃, (c, f, i) 155 ℃
Rysunek 3 Optyczne zdjęcie ciągłetlenek lutetuwłókna po obróbce ceramicznej. Temperatura obróbki wstępnej: (a) 135 ℃, (b) 145 ℃
Rysunek 4: (a) widmo XRD, (b) zdjęcia z mikroskopu optycznego, (c) stabilność termiczna i mikrostruktura materiału ciągłegotlenek lutetuwłókna po obróbce w wysokiej temperaturze. Temperatura obróbki cieplnej: (d, g) 1100 ℃, (e, h) 1200 ℃, (f, i) 1300 ℃
Ponadto w pracy tej po raz pierwszy opisano wytrzymałość na rozciąganie, moduł sprężystości, elastyczność i odporność temperaturową materiału ciągłegotlenek lutetuwłókna. Wytrzymałość na rozciąganie pojedynczego włókna wynosi 345,33-373,23 MPa, moduł sprężystości 27,71-31,55 GPa, a ostateczny promień krzywizny wynosi 3,5-4,5 mm. Nawet po obróbce cieplnej w temperaturze 1300℃ nie zaobserwowano istotnego pogorszenia właściwości mechanicznych włókien, co w pełni dowodzi, że odporność temperaturowa ciągłegotlenek lutetuwłókien przygotowanych w tej pracy wynosi nie mniej niż 1300℃.
Rysunek 5 Właściwości mechaniczne ciągłetlenek lutetuwłókna. (a) krzywa naprężenia-odkształcenia, (b) wytrzymałość na rozciąganie, (c) moduł sprężystości, (df) ostateczny promień krzywizny. Temperatura obróbki cieplnej: (d) 1100 ℃, (e) 1200 ℃, (f) 1300 ℃
Ta praca nie tylko promuje zastosowanie i rozwójtlenek lutetuw wysokotemperaturowych materiałach konstrukcyjnych, laserach wysokoenergetycznych i innych dziedzinach, ale także dostarcza nowych pomysłów na przygotowanie wysokowydajnych tlenkowych włókien ciągłych
Czas publikacji: 09 listopada 2023 r