熔融石英

熔融石英即Fused silica，是氧化硅（石英，硅石）的非晶態（玻璃態）。它是典型的玻璃，其原子結構長程無序。它通過三維結構交叉鏈接提供其高使用温度和低熱膨脹係數。

熔融石英材料在精鑄型殼的使用上國外發達國家如美國的使用量和日本的使用量不斷地逐年增加，特別是在硅溶膠型殼的面層方面有了很有經驗的效果，在同鋯英材料的使用和價格比上有了較大突破，是較為理想的工程應用材料。

熔融石英是用天然高純度二氧化硅經電爐在高於1760℃以上温度熔融，隨後快速冷卻而製得的。此過程將晶型二氧化硅轉變為非晶型的玻璃熔體。

熔融石英熔化温度約1713℃，導熱係數低，熱膨脹係數幾乎是所有耐火材料中最小的，因而它具有極高的熱震穩定性。所以，在焙燒和澆注過程中熔融石英型殼很少因温度劇變而破裂，是理想的熔模鑄造制型的耐火材料，可作為面層或背層塗料用的耐火材料，以及撒砂材料。

熔融石英會部分或全面提高型殼性能。熔融石英熱膨脹係數小，有利於防止型殼在脱蠟和焙燒過程中開裂、變形，利於確保鑄件尺寸穩定。熔融石英純淨度高，所配塗料穩定性好；型殼高温抗蠕變能力提高。

熔融石英温度較低時的導熱性較差，熱容量小，僅為鋯砂的一半，大多數金屬液對它的潤濕性較差，使得金屬凝固層與型殼內表面間易產生間隙，熱導率進一步減小，有利於壁薄鑄件充型。在高温下熔融石英的透明度高，能通過輻射傳熱，使其導熱能力超過硅酸鋁類殼。而使鑄件冷卻較快，更易獲得健全鑄件。

鑄件冷卻時方石英又從高温型轉變為低温型，同時體積產生驟變，使型殼出現無數裂紋，強度劇降，有利於脱殼進行。熔融石英為酸性，能採用鹼煮、鹼爆等化學清砂方法去除型殼。

（一）本操作工藝適用於硅溶膠，制殼的表面層或過渡層。

（二）本工藝使用的硅溶膠同鋯英粉塗料即二氧化硅30%。

（三）本工藝操作中的潤濕劑，消泡劑同鋯英粉塗料。

（四）本操作中使用的流杯粘度計為詹氏（Zahn）5#杯，出口孔徑為Φ5.28mm。

（五）塗料配製：

1、熔融石英粉的配製，320目（網號：0.044）275目（網號：0.052）200目（網號：0.076）120目（網號：0.125）熔融石英粉中的SiO2的質量分數為99.5%以上。其中：320目佔50%，200目佔25%，120目佔25%，百分數的計算為質量分數，即重量比例。

2、塗料粘度為50~60秒，嚴格控制不得低於50秒，60秒時是最佳粘度。它可獲得最好的表面光潔度鑄件；用於生產碳鋼或430系列時粘度可以降到40秒。

（六）掛砂：

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

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

3、用剛玉砂80目100%。

以上3種掛砂都可以採用，只是鑄件根據的不同，結合表面質量在生產現場機動操作。 （七）注意事項：

1、塗料配製嚴格控制比例，不得有隨意性，嚴格現場的操作跟蹤。流杯粘度測量要準確，每次做面層前必須測量粘度。

2、需要做二層面層時，第二次即過渡層時，塗料粘度為28~36秒。

3、表面制殼技術是認真、細緻的操作技術，要保證塗料厚度均勻一致，否則會生產出有滲透性或麻點的鑄件。掛砂重力相對一致均勻，面面俱到。

4、熔融石英濕膜情況下的面層在不同粘度下的厚度為：50秒粘度為0.2mm，40秒粘度為0.18mm,30秒粘度為0.15mm，20秒粘度為0.12mm。

5、熔融石英砂：50~100目為國家標準網號的0.325~0.15號，篩孔尺寸為ASTME11-70的0.3~0.15mm。

6、第二層的掛砂可同原鋯英粉面層工藝時的操作一致，也可用30~50目（篩孔尺寸0.6~0.3mm）的熔融石英砂。

（1）熔融石英的價格比鋯石便宜，加上密度又比鋯石低得多所以，用熔融石英代替鋯石，可降低制殼成本。

（2）熔融石英原材料經過精選，再經電弧重熔，並剔除方石英，因此雜質少，純度高。所以塗料漿穩定性向來不成問題。實踐證明，熔融石英—硅溶膠塗料穩定性通常可長達1年以上。

（3）高温晶化，低温相變，使鑄件表面容易清理乾淨。

（1）粉料粒度分佈範圍窄，再加上密度小，不利於塗料流淌、滴落；由於熔融石英塗料漿透明度高，使操作者難於識別塗料厚度和均勻程度。

（2）作為面層撒砂，熔融石英砂粒形為多角形，再加上密度小，容易架橋，形成浮砂。

熔融石英陶瓷又稱石英玻璃陶瓷或熔融石英燒結材料，也稱石英陶瓷，它是以熔融石英塊或石英玻璃為原料，經過粉碎、成型燒成等工序而製成的一種燒結體。熔融石英陶瓷由美國於20 世紀初開發成功並於l963 年實現工業化生產，它不僅具有石英玻璃的許多優良性質，如熱膨脹係數小、熱穩定性好、電絕緣性好、耐化學侵蝕性好，而且還具有一些石英玻璃製品所缺乏的性質。如石英玻璃製品由於導熱性好，在使用時一旦發生失透（析晶）即損壞報廢，而石英陶瓷製品由於導熱性極差，在使用過程中即使表面發生析晶，其內部析晶也很緩慢，製品仍可繼續使用。石英陶瓷還有一個最大的優點，就是在1100以下其強度隨着温度的升高而大大增加，從室温至1100攝氏度其強度可增加33%。

由於它具有上述許多優良的性質，因此自問世以來，迅速在美國、日本、前蘇聯、法國等工業發達國家得到了推廣及應用，其應用領域也涉及到宇宙飛船、火箭、導彈、雷達、原子能、電子、鋼鐵、煉焦、有色金屬、玻璃等工業領域，是一種很有前途的新材料。由於熔融石英陶瓷具有上述優異的性能及廣泛的用途，國內外均投入較大的力量對熔融石英陶瓷進行研究開發。美國、法國、德國、日本等國家在熔融石英陶瓷的生產和應用方面居世界領先水平。主要用途是作為耐火材料及中等温度下的能抗拒温度劇變的結構材料使用。根據使用條件的不同，研製開發的石英陶瓷製品具有不同的性能特點，既有高緻密度、高強度的系列製品，也有低密度、高氣孔的隔熱保温製品和泡沫石英制品。國外產品普遍具有較高的密度、強度和均勻性 ^[1]  。