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熔融石英的性能特点和使用

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熔融石英的性能特点和使用

一、熔融石英的性能特点和使用

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

SiO2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。

熔模铸造用熔融石英，其中SiO2所占的质量分数应为

99.5%，配涂料用的粉料最好是270目或320目细粉占50%

（质量分数），200目和120目粉各占25%（质量分数）。

①为0℃~1200℃间的膨胀系数平均值。耐火材料化学组成化学性质熔点/℃莫氏硬度密度/（g/cm3)膨胀系数①/×10-71/℃热导率/[W/(m2.k)]浸出性比较颜色

熔融石英SiO2酸性171372.251.951②在热浓碱和氢酸条件下有良好的可溶性白色

电熔刚玉Al2O3两性203093.99~4.08612.560②在热碱条件下反应很差白色

莫来石3Al2O3·2SiO2两性20306~72.7~2.9541.214②在热碱条件下有轻微反应灰色到棕黄色高岭石熟料弱酸性1700~1790~52.4~2.650-在热碱条件下有轻微反应灰色到棕黄色

锆砂ZrSiO4弱酸性<19487~84.5~4.9462.094③在热碱条件下有中等反应白色到棕黄色氧化锆ZriO2碱性26007~85.760-

②400℃的热导率。

③1200℃热导率。熔融石英及制品有三大特点：在所有耐火材料中，线膨

胀系数最小（在1000℃的热胀率0.05）；热导率最低，在1000

℃热导率0.836W/（m·K）（0.02cal/cm·s·℃）；抗热震性最好（在1200℃~水冷的抗震性），10次都不产生裂纹。二、熔融石英涂料配制使用操作工艺

（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SiO230%。

（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。

三、熔融石英——制壳耐火材料新秀

熔融石英在精铸中应用虽然已有相当长的历史，但以往

主要用作陶瓷型芯，用作型壳则主要用于面层，背层很少使

用。这种状况近10年来在美、欧各国有很大改变。2001年

美国著名耐火材料生产厂商Minco公司，公布了对美国熔模

铸造企业制壳耐火材料使用现状的调查统计数据，各种耐火

材料消耗量所占比例（质量分数）大致如下：铝-硅系耐火

材料55%；熔融石英30%；刚玉9%，锆石6%。

可见在美国精铸业中，熔融石英异军突起，现已是仅次

于铝-硅系材料，远远超过锆石等其他耐火材料，迅速成为

制壳耐火材料的新秀。

1、熔融石英与铝-硅系材料的比较

2000年MincoInc.在美国第48届精铸年会和INCAST杂

志2001年第3期上发表论文，对熔融石英和铝-硅系耐火

材料进行了全面的分析对比。

1.1型壳质量

熔融石英密度为2.2g/cm3,铝-硅系材料为2.7g/cm3,，故

同样厚度型壳，前者质量明显小于后者，有利于减轻工人劳

动强度和机械手操作。

1.2热膨胀率

图1和图2所示分别为脱蜡和焙烧过程中，这2种材料

热膨胀率的比较。热膨胀系数小是熔融石英的一个很大的优

点，有利于减小加热时型壳内外因温度差造成的热应力，因

而有利于防止脱蜡和焙烧过程中型壳开裂和变形。同时，对

提高铸件尺寸精度也甚为有利。所以，铸造尺寸公差要求严格的产品，就更适合采用熔融石英。

1.3力学性能和透气性

表1所列为2种材料制得型壳的力学性能和透气性比较，

结果显示，湿强度（抗弯强度）和断裂韧度，熔融石英型壳

稍低于铝-硅系型壳，但透气性却远高于铝-硅系型壳。

表1熔融石英和铝硅系材料型壳性能比较

型壳材料熔融石英粉

+30#/50#熔融

石英砂莫莱卡特粉

+16#/30#莫莱

卡特砂熔融石英粉

+16#/30#莫莱卡特砂试样厚度/mm7.407.247.90孔隙率/%24.623.224.0断裂载荷/N23.020.920.3室温抗弯强度/MPa3.984.113.37断裂韧度/MPa5 0095 2994 223断裂指数0.01670.01660.0155透气性/（10-10cm2)18.38.618.21.4高温抗蠕变能力

当采用熔融石英撒砂代替铝-硅系材料时型壳高温抗蠕变能力提高（见图3）熔融石英在高温下（约1200℃）结晶化转变可作为这种现象的一种解释（见图4）。

1.5脱壳性

容易脱壳和清理是熔融石英迅速崛起的最重要原因。不

同材料型壳残留强度试验结果见表2。可见熔融石英型壳残

留强度大大低于铝-硅系材料。这是因为熔融石英大约在

1200℃高温下会转变为方石英。实践证明，在浇注温度下，

型壳中大约有70%熔融石英转变为方石英。当型壳温度下降

至300℃左右，方石英又由高温型转变为低温型，同时体积

骤变（见图4）无数裂纹随之产生，型壳强度剧降，于是，

脱壳性大为改善。此外，对于全铝-硅系型壳来说，如采用

碱煮、碱爆等化学清理方法，碱溶液只能溶解粘结剂中的二

氧化硅，对耐火粉、粒料却无能为力。但对熔融石英型壳来

说，无论粘结剂还是耐火材料，碱都有强烈的腐蚀作用。试

验表明，在质量分数为50%的KOH熔液中沸腾碱煮，全熔融

石英型壳经109min就大部分溶解，而铝-硅系耐火砂、粉则

看不出有什么变化。所以，采用熔融石英，有利于碱煮、碱

爆等化学清理。减少耗碱量，提高效率。

表2熔融石英和铝-硅系型壳残留强度对比MPa型壳系统1037℃保温1h焙烧1204℃保温1h焙烧

熔融石英料+30#/50#熔融石英砂11.813.6铝-硅料浆+16#/30#铝-硅砂42.665.2熔融石英料浆+16#/30#铝-硅砂31.434.61.6充型难易

当温度低于600℃时，熔融石英热导率较铝-硅系材料

差（见图5），而比热容又只有锆石的一半，这些因素都有利

于薄壁铸件的充型。但温度高于600℃，由于熔融石英透明

度高（夜间浇注时，甚至可透过型壳看见其中流动的钢液），

因此辐射散热快，铸件冷却快，更容易获得健全致密的铸件，

这对于铸造铝合金薄壁件甚为有利，但同时也会使铸件产生

裂纹的趋向增加。

与铝-硅系耐火材料比较，尽管熔融石英有着上述诸多

优点，但毕竟价格较贵，是否采用，各厂可自行权衡。如何

使用，是用于面层，还是用于背层；是单独用，还是与其他

材料混合用；是用粉料，还是用作撒砂料；都需要根据具体

情况，才能获得最佳效果。

2、熔融石英和锆石的比较

Jerry D.发表于2002年美国第50届精铸年会的论文，对用于精铸面层的2种主要耐火材料——熔融石英和锆石进行了全面的分析对比。2.1锆石的优缺点

2.1.1锆石的优点

（1）锆石粉粒度分布宽，一般无需级配，配制成的涂料浆流变性就很适合涂挂，涂料覆盖性、流平性均属一流。此外，由于密度大，空料时涂料浆流淌快。（2）锆石砂粒形好，多为球形 （见图6），流动性好，容易充填蜡模上的孔洞、凹槽等不易充填的部位，很适合作为面层撒砂料。

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熔融石英在硅溶胶型壳中的应用(1)

熔融石英在硅溶胶型壳中的应用(1)

·７８８·ｌ铸造｝ＦＯＵＮＤＲＹＡｕｇ．２００８ＶｏＩ．５７ＮＯ．８

熔融石英在硅溶胶型壳中的应用

籍君豪１，徐广民２（１．无锡江阴市长江化工阀门厂，江苏无锡２１糊；２．郑卿铁路职业技术学院，河南郑州４５００５２）

摘要：经过反复的工艺试验及一年多批量生产验证，成功地将熔融石英应用于精铸用低温蜡一硅溶胶型壳生产中。不仅降低了成本而且较大程度改善了型壳的脱壳性能，提高了后处理的生产效率，取得了较好的经济效益。关键词：熔融石英；硅溶胶型壳；精铸件中图分类号：ＴＧ２２ｌ＋．１文献标识码：Ｂ文章编号：１００１—４９７７（２００８）０８—０７８８一０５

Ａｐｐ¨ｃａｔｉＯｎＯｆＦｕＳｅｄＳ¨ｊｃａｉｎＳ¨ｉＣａＳｏｌＳｈｅ¨

ＪＩＪｕｎ—ｈａ０１，ＸＵＧｕａｎｇ－ｍｉｎ２（１．ＪｉａｎｇｙｉｎＣｈａｎｇｊｉａｎｇＣｈｅｍｉｃａｌＶａｌＶｅＦａｃｔｏｒｙ，Ｗｕｘｉ２１４４００，Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｃｈｉｎａ：２．ＺｈｅｎｇｚｈｏｕＲａ¨ｗａｙＶｏｃａｔｉｏｎａＩ＆ＴｅｃｈｎｉｃａＩＣｏ¨ｅｇｅ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５００５２，Ｈｅ。ｎａｎ，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔ阳ｃｔ：ＢｙｒｅｐｅａｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌｔｅｓｔｓａｎｄｂａｔＣｈｐｒＯｄｕｃ“ＯｎｔｅｓｔｓｆｏｒｏＶｅｒ．ａｙｅａｒ，ｔｈｅｆｕｓｅｄｓｉＩ．ｃａｗａｓｓｕｃｃｅｓｓｆｕ¨ｙｕｓｅｄｉｎｔｈｅｐｒＯｄｕｃｔｉｏｎ０ｆｓｉＩｉｃａｓｏＩｓｈｅ¨ｆｂｒ１０ｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｗａｘｐｒｅｃｉｓｉＯｎｃａｓｔｉｎｇ．Ｉｔｓａｐｐ“ｃａ“ｏｎｎｏｔｏｎｌｙｒｅｄｕｃｅｓｔｈｅｃｏｓｔｂｕｔａＩｓｏｇｒｅａｔＩｙｉｍｐｒｏＶｅｓｔｈｅａｂ¨ｉｔｙｏｆｓｈｅ¨ｉｎｇ，ｉｎｃｒｅａｓｅｓｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｅ仟ｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｈｅａｆｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ａｎｄｇａｉｎｓｂｅｔｔｅｒｅｃｏｎｏｍｉｃｂｅｎｅｆ．ｔｓ．Ｉ（ｅｙｗｏｒｄＳ：ｆｕｓｅｄｓ¨ｊｃａ：ｓｊ¨ｃａｓＯＩｓｈｅ¨；ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｃａｓｔｉｎｇ

石英砂 熔融 温度

石英砂 熔融 温度

石英砂 熔融 温度

石英砂是一种常见的矿物，具有广泛的应用领域。在高温条件下，石英砂可以熔融并形成玻璃状物质。本文将从石英砂的熔融温度、熔融过程以及熔融后的应用等方面进行阐述。

石英砂的熔融温度是指石英砂在加热的过程中达到熔融状态所需的温度。石英砂的主要成分是二氧化硅（SiO2），其熔点约为1713摄氏度。当石英砂被加热到这个温度时，其晶体结构发生变化，原子间的键断裂，使得石英砂转变为液态状态。

石英砂的熔融过程可以分为三个阶段：加热阶段、熔化阶段和冷却阶段。在加热阶段，石英砂会随着温度的升高逐渐失去结晶性，晶格结构开始松散，原子间的键开始断裂。当温度达到石英砂的熔点时，石英砂开始熔化，形成黏稠的液体。在冷却阶段，熔融的石英砂逐渐冷却并重新结晶，形成不同晶体结构的石英。

石英砂的熔融温度对其应用具有重要影响。熔融石英砂具有优异的耐热性和抗侵蚀性，因此广泛应用于高温工艺中，如玻璃制造、陶瓷工业、光学材料等。熔融石英砂可以制成各种形状的玻璃制品，如玻璃管、玻璃棒、玻璃板等。此外，熔融石英砂还可以用作半导体材料、光纤等高科技领域的基础材料。

在石英砂的熔融过程中，温度是一个关键参数。过高或过低的温度都会对熔融过程产生不良影响。如果温度过高，石英砂会烧结、气泡产生，从而影响熔体的质量。如果温度过低，石英砂无法完全熔化，影响玻璃制品的质量和性能。因此，在石英砂的熔融过程中，需要控制好温度，确保石英砂能够充分熔化，并保持合适的黏度和流动性。

石英砂的熔融温度是指石英砂在加热过程中达到熔融状态所需的温度。石英砂的熔点约为1713摄氏度，熔融过程包括加热、熔化和冷却三个阶段。熔融石英砂具有广泛的应用领域，可以制成各种玻璃制品，并用于高科技领域。石英砂的熔融温度对其应用具有重要影响，需要控制好温度以确保石英砂的熔化和流动性。希望通过本文的介绍，能够增加对石英砂熔融温度的了解。

熔融石英熔点

熔融石英熔点

熔融石英熔点

熔融石英是一种常见的无机材料，其熔点是指在一定的温度下，石英能够从固态转变为液态的温度。熔融石英的熔点是非常高的，这使得它在许多应用中都具有重要的作用。下面我们将详细介绍熔融石英的熔点，并探讨其原因。

熔融石英的熔点通常被认为是非常高的，大约在1713摄氏度（3115华氏度）左右。这意味着在这个温度下，石英会开始熔化，并转变为液态。这个高熔点使得熔融石英可以在高温环境下使用，例如在实验室中的高温反应器、玻璃工业中的高温熔融过程等。

那么为什么熔融石英的熔点如此之高呢？这是由于石英的结构特性决定的。石英分子的基本结构是由硅氧键连接起来的，形成了一种称为硅氧四面体的结构单元。在石英中，这些硅氧四面体通过共享氧原子相连，形成了一种三维的网络结构。这种结构非常稳定，使得石英具有非常高的熔点。

在石英的结构中，每个硅氧四面体的一个氧原子会与相邻四面体中的硅原子形成共价键。这种强烈的化学键使得石英的结构非常稳定，并且需要高能量才能破坏这些键。因此，当温度升高到接近石英的熔点时，分子之间的共价键变得不稳定，石英开始熔化。

此外，石英的高熔点也与其晶体的有序排列有关。在石英中，硅氧四面体的排列方式是非常有序的，这种有序排列也增加了石英的稳定性。当温度升高时，这种有序排列会逐渐破坏，从而导致石英的熔化。 石英的高熔点使得它在很多领域都有广泛的应用。在实验室中，熔融石英常常用于制作高温反应器、石英管等。由于其高温稳定性，熔融石英可以在高温下承受化学反应的冲击，而不会熔化或变形。

此外，在玻璃工业中，熔融石英也被广泛应用于高温熔融过程中。例如，在玻璃窑中，熔融石英被用作容器和熔融剂，能够承受高温下的熔融玻璃，并且不会与玻璃发生反应。这使得熔融石英成为一种理想的材料，用于制造高品质的玻璃产品。

总的来说，熔融石英的熔点非常高，达到了1713摄氏度左右。这是由于石英的结构特性和硅氧键的高稳定性所决定的。石英的高熔点使得它在许多高温应用中都具有重要的作用，例如实验室高温反应器和玻璃工业中的高温熔融过程。熔融石英的独特性能使得它成为一种非常有价值的材料，为各种领域的科学和工业发展做出了重要贡献。

光学 融石材料

光学 融石材料

"融石材料"这个术语在光学领域并不常见，但根据上下文，可能指的是用于光学精密加工的熔融石英（fused silica）材料。熔融石英是一种高纯度的石英玻璃，它在高温下被熔化，然后冷却固化以制成光学元件。由于其高度的透明性和优异的光学性能，熔融石英常用于制造高质量的光学透镜、窗口和其他光学部件，特别是在要求极端纯净度和低吸收率的场合。

光学材料的选择取决于所需的光学性能、成本、加工技术和其他因素。除了熔融石英，还有其他几种光学材料，包括：

1. 抛光石英玻璃：用于制造高质量的光学元件，如透镜和棱镜。

2. 冕牌玻璃（Crown Glass）：具有较低的色散，常用于制造冕牌凸透镜。

3. 火石玻璃（Flint Glass）：具有较高的色散，用于减少色差，常用于老花镜的镜片。

4. 光学塑料：如聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），用于制造轻便、经济的塑料光学元件。

5. 晶体材料：如锗（Ge）、硅（Si）、砷化镓（GaAs）等，用于制造特定波长的光学元件。

6. 光纤：用于光通信和传感器，通常由玻璃或塑料制成。

在选择光学材料时，需要考虑材料的折射率、色散、透光率、机械强度、化学稳定性和加工成本等因素。熔融石英因其卓越的光学性能和加工特性，在高品质光学元件制造中占有重要地位。