[科普中国]-熔融石英

熔融石英即Fused silica，是氧化硅（石英，硅石）的非晶态（玻璃态）。它是典型的玻璃，其原子结构长程无序。它通过三维结构交叉链接提供其高使用温度和低热膨胀系数。

简述熔融石英即Fused silica，是氧化硅（石英，硅石）的非晶态（玻璃态）。它是典型的玻璃，其原子结构长程无序。它通过三维结构交叉链接提供其高使用温度和低热膨胀系数。

性能特点熔融石英材料在精铸型壳的使用上国外发达国家如美国的使用量和日本的使用量不断地逐年增加，特别是在硅溶胶型壳的面层方面有了很有经验的效果，在同锆英材料的使用和价格比上有了较大突破，是目前较为理想的工程应用材料。

熔融石英是用天然高纯度二氧化硅经电炉在高于1760℃以上温度熔融，随后快速冷却而制得的。此过程将晶型二氧化硅转变为非晶型的玻璃熔体。

熔融石英熔化温度约1713℃，导热系数低，热膨胀系数几乎是所有耐火材料中最小的，因而它具有极高的热震稳定性。所以，在焙烧和浇注过程中熔融石英型壳很少因温度剧变而破裂，是理想的熔模铸造制型的耐火材料，可作为面层或背层涂料用的耐火材料，以及撒砂材料。

熔融石英会部分或全面提高型壳性能。熔融石英热膨胀系数小，有利于防止型壳在脱蜡和焙烧过程中开裂、变形，利于确保铸件尺寸稳定。熔融石英纯净度高，所配涂料稳定性好；型壳高温抗蠕变能力提高。

熔融石英温度较低时的导热性较差，热容量小，仅为锆砂的一半，大多数金属液对它的润湿性较差，使得金属凝固层与型壳内表面间易产生间隙，热导率进一步减小，有利于壁薄铸件充型。在高温下熔融石英的透明度高，能通过辐射传热，使其导热能力超过硅酸铝类壳。而使铸件冷却较快，更易获得健全铸件。

铸件冷却时方石英又从高温型转变为低温型，同时体积产生骤变，使型壳出现无数裂纹，强度剧降，有利于脱壳进行。熔融石英为酸性，能采用碱煮、碱爆等化学清砂方法去除型壳。

操作工艺（一）本操作工艺适用于硅溶胶，制壳的表面层或过渡层。

（二）本工艺使用的硅溶胶同锆英粉涂料即二氧化硅30%。

（三）本工艺操作中的润湿剂，消泡剂同锆英粉涂料。

（四）本操作中使用的流杯粘度计为詹氏（Zahn)5#杯，出口孔径为Φ5.28mm。

（五）涂料配制：

1、熔融石英粉的配制，320目（网号：0.044）275目（网号：0.052）200目（网号：0.076）120目（网号：0.125）熔融石英粉中的SiO2的质量分数为99.5%以上。其中：320目占50%，200目占25%，120目占25%，百分数的计算为质量分数，即重量比例。

2、涂料粘度为50~60秒，严格控制不得低于50秒，60秒时是最佳粘度。它可获得最好的表面光洁度铸件；用于生产碳钢或430系列时粘度可以降到40秒。

（六）挂砂：

1、用熔融石英砂80~100目（50~100目）50%，用刚玉砂80目，50%。

2、用熔融石英砂80~100目（50~100目）100%，（50~100目）

3、用刚玉砂80目100%。

以上3种挂砂都可以采用，只是铸件根据的不同，结合表面质量在生产现场机动操作。 （七）注意事项：

1、涂料配制严格控制比例，不得有随意性，严格现场的操作跟踪。流杯粘度测量要准确，每次做面层前必须测量粘度。

2、需要做二层面层时，第二次即过渡层时，涂料粘度为28~36秒。

3、表面制壳技术是认真、细致的操作技术，要保证涂料厚度均匀一致，否则会生产出有渗透性或麻点的铸件。挂砂重力相对一致均匀，面面俱到。

4、熔融石英湿膜情况下的面层在不同粘度下的厚度为：50秒粘度为0.2mm，40秒粘度为0.18mm,30秒粘度为0.15mm，20秒粘度为0.12mm。

5、熔融石英砂：50~100目为国家标准网号的0.325~0.15号，筛孔尺寸为ASTME11-70的0.3~0.15mm。

6、第二层的挂砂可同原锆英粉面层工艺时的操作一致，也可用30~50目（筛孔尺寸0.6~0.3mm）的熔融石英砂。

优缺点优点（1）熔融石英的价格比锆石便宜，加上密度又比锆石低得多所以，用熔融石英代替锆石，可降低制壳成本。

（2）熔融石英原材料经过精选，再经电弧重熔，并剔除方石英，因此杂质少，纯度高。所以涂料浆稳定性向来不成问题。实践证明，熔融石英—硅溶胶涂料稳定性通常可长达1年以上。

（3）高温晶化，低温相变，使铸件表面容易清理干净。

缺点（1）粉料粒度分布范围窄，再加上密度小，不利于涂料流淌、滴落；由于熔融石英涂料浆透明度高，使操作者难于识别涂料厚度和均匀程度。

（2）作为面层撒砂，熔融石英砂粒形为多角形，再加上密度小，容易架桥，形成浮砂。

陶瓷熔融石英陶瓷又称石英玻璃陶瓷或熔融石英烧结材料，也称石英陶瓷，它是以熔融石英块或石英玻璃为原料，经过粉碎、成型烧成等工序而制成的一种烧结体。熔融石英陶瓷由美国于20 世纪初开发成功并于l963 年实现工业化生产，它不仅具有石英玻璃的许多优良性质，如热膨胀系数小、热稳定性好、电绝缘性好、耐化学侵蚀性好，而且还具有一些石英玻璃制品所缺乏的性质。如石英玻璃制品由于导热性好，在使用时一旦发生失透（析晶）即损坏报废，而石英陶瓷制品由于导热性极差，在使用过程中即使表面发生析晶，其内部析晶也很缓慢，制品仍可继续使用。石英陶瓷还有一个最大的优点，就是在1100以下其强度随着温度的升高而大大增加，从室温至1100摄氏度其强度可增加33%。

由于它具有上述许多优良的性质，因此自问世以来，迅速在美国、日本、前苏联、法国等工业发达国家得到了推广及应用，其应用领域也涉及到宇宙飞船、火箭、导弹、雷达、原子能、电子、钢铁、炼焦、有色金属、玻璃等工业领域，是一种很有前途的新材料。由于熔融石英陶瓷具有上述优异的性能及广泛的用途，国内外均投入较大的力量对熔融石英陶瓷进行研究开发。目前，美国、法国、德国、日本等国家在熔融石英陶瓷的生产和应用方面居世界领先水平。主要用途是作为耐火材料及中等温度下的能抗拒温度剧变的结构材料使用。根据使用条件的不同，研制开发的石英陶瓷制品具有不同的性能特点，既有高致密度、高强度的系列制品，也有低密度、高气孔的隔热保温制品和泡沫石英制品。国外产品普遍具有较高的密度、强度和均匀性1。

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所