Получение гибких высокопрочных непрерывных волокон из оксида лютеция на основе сухого прядения

Оксид лютецияявляется перспективным огнеупорным материалом благодаря своей высокой термостойкости, коррозионной стойкости и низкой энергии фононов. Кроме того, благодаря своей однородной природе, отсутствию фазового перехода ниже температуры плавления и высокой структурной толерантности, он играет важную роль в каталитических материалах, магнитных материалах, оптическом стекле, лазере, электронике, люминесценции, сверхпроводимости и высокоэнергетическом излучении. обнаружение. По сравнению с традиционными материальными формами,оксид лютецияВолоконные материалы обладают такими преимуществами, как сверхпрочная гибкость, более высокий порог повреждения лазером и более широкая полоса пропускания передачи. Они имеют широкие перспективы применения в области высокоэнергетических лазеров и высокотемпературных конструкционных материалов. Однако диаметр длинныхоксид лютецияволокна, полученные традиционными методами, часто имеют больший размер (>75 мкм). Гибкость относительно низкая, сообщений о высоких характеристиках не поступало.оксид лютециянепрерывные волокна. По этой причине профессор Чжу Луи и другие ученые из Шаньдунского университета использовалилютецийсодержащие органические полимеры (PALu) в качестве прекурсоров, в сочетании с сухим прядением и последующими процессами термообработки, чтобы преодолеть узкое место в производстве высокопрочных и гибких непрерывных волокон из оксида лютеция малого диаметра и обеспечить контролируемое получение высокопроизводительныхоксид лютециянепрерывные волокна.

Рисунок 1. Процесс непрерывного сухого пряденияоксид лютецияволокна

Эта работа посвящена структурным повреждениям волокон-предшественников во время керамического процесса. На основе регулирования формы разложения прекурсора предложен инновационный метод предварительной обработки водяным паром под давлением. Регулируя температуру предварительной обработки для удаления органических лигандов в форме молекул, можно в значительной степени избежать повреждения структуры волокна во время керамического процесса, тем самым обеспечивая непрерывностьоксид лютецияволокна. Обладает отличными механическими свойствами. Исследования показали, что при более низких температурах предварительной обработки предшественники с большей вероятностью подвергаются реакциям гидролиза, вызывая поверхностные морщины на волокнах, что приводит к большему количеству трещин на поверхности керамических волокон и прямому измельчению на макроуровне; Более высокая температура предварительной обработки приведет к кристаллизации прекурсора непосредственно воксид лютеция, вызывая неравномерную структуру волокна, что приводит к большей хрупкости волокна и уменьшению его длины; После предварительной обработки при температуре 145 ℃ структура волокна становится плотной, а поверхность относительно гладкой. После высокотемпературной термообработки образуется макроскопическое почти прозрачное сплошноеоксид лютециябыло успешно получено волокно диаметром около 40 мкм.

Рисунок 2. Оптические фотографии и СЭМ-изображения предварительно обработанных волокон-предшественников. Температура предварительной обработки: (а, г, ж) 135 ℃, (б, д, з) 145 ℃, (в, е, и) 155 ℃

Рисунок 3 Оптическая фотография непрерывногооксид лютецияволокна после керамической обработки. Температура предварительной обработки: (а) 135 ℃, (б) 145 ℃

Рисунок 4: (а) Рентгеновский спектр, (б) фотографии оптического микроскопа, (в) термическая стабильность и микроструктура непрерывногооксид лютецияволокна после высокотемпературной обработки. Температура термообработки: (д, ж) 1100 ℃, (д, з) 1200 ℃, (е, и) 1300 ℃

Кроме того, в этой работе впервые сообщается о прочности на разрыв, модуле упругости, гибкости и термостойкости непрерывного материала.оксид лютецияволокна. Предел прочности одиночной нити составляет 345,33-373,23 МПа, модуль упругости 27,71-31,55 ГПа, предельный радиус кривизны 3,5-4,5 мм. Даже после термообработки при 1300 ℃ не произошло существенного снижения механических свойств волокон, что полностью доказывает температурную стойкость непрерывногооксид лютецияволокна, приготовленные в этой работе, составляют не менее 1300 ℃.

Рисунок 5 Механические свойства непрерывногооксид лютецияволокна. (а) кривая растяжения, (б) предел прочности, (в) модуль упругости, (df) предельный радиус кривизны. Температура термообработки: (г) 1100 ℃, (д) ​​1200 ℃, (е) 1300 ℃

Эта работа не только способствует применению и развитиюоксид лютецияв высокотемпературных конструкционных материалах, высокоэнергетических лазерах и других областях, но также предлагает новые идеи для изготовления высокопроизводительных оксидных непрерывных волокон.

 


Время публикации: 9 ноября 2023 г.