Лютецію оксидє перспективним вогнетривким матеріалом завдяки високій термостійкості, стійкості до корозії та низькій енергії фононів.Крім того, завдяки своїй однорідній природі, відсутності фазового переходу нижче температури плавлення та високій структурній толерантності він відіграє важливу роль у каталітичних матеріалах, магнітних матеріалах, оптичному склі, лазері, електроніці, люмінесценції, надпровідності та високоенергетичному випромінюванні виявлення.У порівнянні з традиційними матеріальними формами,лютецію оксидволокнисті матеріали демонструють такі переваги, як надсильна гнучкість, вищий поріг лазерного пошкодження та більш широка смуга пропускання.Вони мають широкі перспективи застосування в області високоенергетичних лазерів і високотемпературних конструкційних матеріалів.Однак діаметр довжлютецію оксидволокна, отримані традиційними методами, часто більші (>75 мкм). Гнучкість відносно низька, і не було повідомлень про високу ефективністьлютецію оксидбезперервні волокна.З цієї причини використовували професор Чжу Луї та інші з університету Шаньдунлютеціймістять органічні полімери (PALu) як прекурсори, у поєднанні з процесами сухого прядіння та подальшої термічної обробки, щоб прорвати вузьке місце, пов’язане з виготовленням високоміцних гнучких безперервних волокон з оксиду лютецію тонкого діаметру, і досягти керованого виробництва високопродуктивнихлютецію оксидбезперервні волокна.
Рисунок 1 Безперервний процес сухого прядіннялютецію оксидволокна
Ця робота зосереджена на структурних пошкодженнях волокон-попередників під час керамічного процесу.Починаючи з регулювання форми розкладання прекурсорів, запропоновано інноваційний метод попередньої обробки водяною парою під тиском.Завдяки регулюванню температури попередньої обробки для видалення органічних лігандів у формі молекул значною мірою уникають пошкодження структури волокон під час керамічного процесу, що забезпечує безперервністьлютецію оксидволокна.Має чудові механічні властивості.Дослідження виявили, що при нижчих температурах попередньої обробки прекурсори більш схильні до реакцій гідролізу, викликаючи поверхневі зморшки на волокнах, що призводить до збільшення кількості тріщин на поверхні керамічних волокон і прямого подрібнення на макрорівні;Вища температура попередньої обробки призведе до безпосередньої кристалізації прекурсоралютецію оксид, спричиняючи нерівномірну структуру волокна, що призводить до більшої крихкості волокна та меншої довжини;Після попередньої обробки при 145 ℃ структура волокна щільна, а поверхня відносно гладка.Після високотемпературної термічної обробки макроскопічний майже прозорий суцільнийлютецію оксидволокно діаметром близько 40 мкМ було успішно отримано.
Рисунок 2. Оптичні фотографії та SEM-зображення попередньо оброблених волокон-попередників.Температура попередньої обробки: (a, d, g) 135 ℃, (b, e, h) 145 ℃, (c, f, i) 155 ℃
Малюнок 3 Оптичне фото безперервноголютецію оксидволокон після обробки керамікою.Температура попередньої обробки: (a) 135 ℃, (b) 145 ℃
Рисунок 4: (а) XRD-спектр, (б) фотографії з оптичного мікроскопа, (в) термічна стабільність і мікроструктура безперервноголютецію оксидволокон після високотемпературної обробки.Температура термообробки: (d, g) 1100 ℃, (e, h) 1200 ℃, (f, i) 1300 ℃
Крім того, у цій роботі вперше повідомляється про міцність на розрив, модуль пружності, гнучкість і термостійкість безперервноголютецію оксидволокна.Межа міцності на розрив одиночної нитки 345,33-373,23 МПа, модуль пружності 27,71-31,55 ГПа, граничний радіус кривизни 3,5-4,5 мм.Навіть після термічної обробки при 1300 ℃ не спостерігалося значного зниження механічних властивостей волокон, що повністю доводить термостійкість безперервноїлютецію оксидволокон, отриманих у цій роботі, не менше 1300 ℃.
Рисунок 5 Механічні властивості безперервноїлютецію оксидволокна.(a) Крива напруження-деформації, (b) міцність на розтяг, (c) модуль пружності, (df) граничний радіус кривизни.Температура термообробки: (d) 1100 ℃, (e) 1200 ℃, (f) 1300 ℃
Ця робота не тільки сприяє застосуванню та розвиткулютецію оксиду високотемпературних конструкційних матеріалах, високоенергетичних лазерах та інших галузях, а також надає нові ідеї для підготовки високоефективних оксидних безперервних волокон
Час публікації: 09 листопада 2023 р