硅化作用

硅化作用常常被描述為“石化作用”，石化作用是有機組織被礦物取代，逐漸變成化石的過程。古生物的遺骸，只有在冷藏，在冰原中埋藏，或在其他適宜條件下，才能夠保存其柔軟部分或柔軟部分的痕跡。

斷裂帶中硅化岩石的結構構造種類繁雜，就其硅化程度，在弱硅化巖，交代殘餘硅化巖和強硅化巖中的表現不同。依其斷裂構造巖的類型，在碎裂巖、碎斑岩、碎粒巖、粒化巖、糜稜巖、片麻糜稜巖和磨礫岩中的表現也不同。

硅化可能經過很長時間，石英顆粒由小到大：結晶程度由他形到自形。按照熱力學平衡因素，温度、壓力、濃度和化學組分的活動及化學位等所決定的滲濾交代作用和擴散交代作用，從而形成細脈狀和浸染狀的交代形態。據精細觀察,在偏光鏡下顯示浸染狀態，在掃描電鏡下卻表現明顯的細脈狀形態 ^[1]  。

金剛砂又名碳化硅（SiC）是用石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑（生產綠色碳化硅時需要加食鹽）等原料通過電阻爐高温冶煉而成。碳化硅在大自然也存在罕見的礦物，莫桑石。 碳化硅又稱碳硅石。在當代C、N、B等非氧化物高技術耐火原料中，碳化硅為應用最廣泛、最經濟的一種，可以稱為金鋼砂或耐火砂。 目前中國工業生產的碳化硅分為黑色碳化硅和綠色碳化硅兩種，均為六方晶體，比重為3.20～3.25。

SiC 以其相對較低的熱膨脹係數，高温下氧化形成的二氧化硅玻璃質保護膜有效阻止氧的擴散滲透，有一定的自癒合性質，具有1650攝氏度的較高抗氧化能力，被用來製備C/C複合材料抗氧化塗層。在製備SiC塗層的方法中，擴散法是主要的一種。採用Si 擴散反應生成的SiC塗層，由於在C/C複合材料基體上會出現成分和組織的梯度過渡層，降低了塗層與基體間因熱膨脹失配而產生的應力和因組織結構突變引起的組織應力，在一定程度上降低了塗層的開裂趨勢，並且提高了與基體的結合強度，使SiC塗層具有良好的抗氧化性能。對於擴散法，SiC 塗層取決於基體中Si的擴散機制和基體與Si的反應過程。C/C複合材料屬於多相組織，不同的相結構對Si擴散的影響和與Si的反應能力存在差別，這將影響到SiC 塗層的生成 ^[2]  。

曾燮榕等對C/C複合材料表面固相擴散滲硅工藝製備的SiC 塗層以及基體組織的影響進行了分析研究。

相關結論如下：

1 ）擴散工藝對 C/C複合材料組織結構的影響表現為深入基體內部，沿着 C/C複合材料的碳布疊層界面、纖維束與纖維束界面、基體的孔隙等缺陷分佈有擴散反應生成的SiC 薄層。

2 ）硅的擴散反應對碳纖維影響不大，熱解碳易與Si反應生成 SiC ，而分佈於此基體上的碳纖維未與Si發生明顯反應，碳纖維比基體碳具有更高的結構穩定性。

3 ）對於 C/C複合材料採用擴散法制備SiC 塗層時，在塗層達到一定厚度後，硅化反應時間的延長几乎不影響塗層的厚度。

對炭纖維在真空爐中進行2100℃硅化處理。用SEM分析了炭纖維在硅化處理前後表面形貌的變化，利用能譜測定了其硅化處理後的成分變化並加以分析，用X射線衍射分析了熱處理和硅化處理後的炭纖維石墨化度的變化。結果表明：處理後的炭纖維出現富C的SiC表層，內部為含有SiC的C芯，並伴隨有類球狀Si C顆粒的形成。沿炭纖維徑向分佈的SiC含量呈現梯度分佈，其芯部的SiC含量為2.46%(質量分數，下同)，靠近表層的Si C含量增加到7.53%。表面的SiC含量達到13.25%；纖維表面的類球狀顆粒為含C的Si C顆粒，其中Si C的含量為30.55%。在2100℃熱處理的炭纖維石墨化度幾乎為0，而在2100℃硅化處理的炭纖維石墨化度高達48.5% ^[3]  。

花崗岩類岩石，經高温熱液的硅化作用，可形成富石英雲英巖。高、中温熱液生成的硅化岩石，主要由石英組成。這種蝕變，可稱為石英化(quartzification)。低温熱液所生成的硅化岩石，常由細粒石英或隱晶質的玉髓以及非晶質的蛋白石、似碧玉等組成。因此，分別稱為玉髓化、蛋白石化和似碧玉化。

在火山岩地區，硅化岩石(含高鋁礦物，如剛玉、紅柱石等)稱為次生石英岩。沿着斷裂帶，常發育規模巨大的硅化帶。有關的礦產，主要有銅、鉬、鎢、鉛、鋅、鈾、金、銻、汞、螢石、黃鐵礦、赤鐵礦、壓電水晶和重晶石等。