熔融石英英文名Fused silica,是氧化硅(石英,硅石)的非晶態(tài)(玻璃態(tài))。它是典型的玻璃,其原子結(jié)構(gòu)長程無序。它通過三維結(jié)構(gòu)交叉鏈接提供其高使用溫度和低熱膨脹系數(shù)。
熔融石英材料在精鑄型殼的使用上國外發(fā)達(dá)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(jīng)驗(yàn)的效果,在同鋯英材料的使用和價(jià)格比上有了較大突破,是目前較為理想的工程應(yīng)用材料。
熔融石英是用天然高純度二氧化硅經(jīng)電爐在高于1760℃以上溫度熔融,隨后快速冷卻而制得的。此過程將晶型二氧化硅轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷偷牟A垠w。
熔融石英熔化溫度約1713℃,導(dǎo)熱系數(shù)低,熱膨脹系數(shù)幾乎是所有耐火材料中最小的,因而它具有極高的熱震穩(wěn)定性。所以,在焙燒和澆注過程中熔融石英型殼很少因溫度劇變而破裂,是理想的熔模鑄造制型的耐火材料,可作為面層或背層涂料用的耐火材料,以及撒砂材料。
熔融石英會(huì)部分或全面提高型殼性能。熔融石英熱膨脹系數(shù)小,有利于防止型殼在脫蠟和焙燒過程中開裂、變形,利于確保鑄件尺寸穩(wěn)定。熔融石英純凈度高,所配涂料穩(wěn)定性好;型殼高溫抗蠕變能力提高。
熔融石英溫度較低時(shí)的導(dǎo)熱性較差,熱容量小,僅為鋯砂的一半,大多數(shù)金屬液對它的潤濕性較差,使得金屬凝固層與型殼內(nèi)表面間易產(chǎn)生間隙,熱導(dǎo)率進(jìn)一步減小,有利于壁薄鑄件充型。在高溫下熔融石英的透明度高,能通過輻射傳熱,使其導(dǎo)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(shí)方石英又從高溫型轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏匦?,同時(shí)體積產(chǎn)生驟變,使型殼出現(xiàn)無數(shù)裂紋,強(qiáng)度劇降,有利于脫殼進(jìn)行。熔融石英為酸性,能采用堿煮、堿爆等化學(xué)清砂方法去除型殼。
操作工藝
(一)本操作工藝適用于硅溶膠,制殼的表面層或過渡層。
(二)本工藝使用的硅溶膠同鋯英粉涂料即二氧化硅30%。
(三)本工藝操作中的潤濕劑,消泡劑同鋯英粉涂料。
(四)本操作中使用的流杯粘度計(jì)為詹氏(Zahn)5#杯,出口孔徑為Φ5.28mm。
(五)涂料配制:
1、熔融石英粉的配制,320目(網(wǎng)號:0.044)275目(網(wǎng)號:0.052)200目(網(wǎng)號:0.076)120目(網(wǎng)號:0.125)熔融石英粉中的SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.5%以上。其中:320目占50%,200目占25%,120目占25%,百分?jǐn)?shù)的計(jì)算為質(zhì)量分?jǐn)?shù),即重量比例。
2、涂料粘度為50~60秒,嚴(yán)格控制不得低于50秒,60秒時(shí)是較佳粘度。它可獲得最好的表面光潔度鑄件;用于生產(chǎn)碳鋼或430系列時(shí)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種掛砂都可以采用,只是鑄件根據(jù)的不同,結(jié)合表面質(zhì)量在生產(chǎn)現(xiàn)場機(jī)動(dòng)操作。
(七)注意事項(xiàng):
1、涂料配制嚴(yán)格控制比例,不得有隨意性,嚴(yán)格現(xiàn)場的操作跟蹤。流杯粘度測量要準(zhǔn)確,每次做面層前必須測量粘度。
2、需要做二層面層時(shí),第二次即過渡層時(shí),涂料粘度為28~36秒。
3、表面制殼技術(shù)是認(rèn)真、細(xì)致的操作技術(shù),要保證涂料厚度均勻一致,否則會(huì)生產(chǎn)出有滲透性或麻點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)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(shí)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。
優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
(1)熔融石英的價(jià)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(jīng)過精選,再經(jīng)電弧重熔,并剔除方石英,因此雜質(zhì)少,純度高。所以涂料漿穩(wěn)定性向來不成問題。實(shí)踐證明,熔融石英—硅溶膠涂料穩(wěn)定性通常可長達(dá)1年以上。
(3)高溫晶化,低溫相變,使鑄件表面容易清理干凈。
缺點(diǎn)
(1)粉料粒度分布范圍窄,再加上密度小,不利于涂料流淌、滴落;由于熔融石英涂料漿透明度高,使操作者難于識別涂料厚度和均勻程度。
(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。
陶瓷
熔融石英陶瓷又稱石英玻璃陶瓷或熔融石英燒結(jié)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(jīng)過粉碎、成型燒成等工序而制成的一種燒結(jié)體。熔融石英陶瓷由美國于20 世紀(jì)初開發(fā)成功并于l963 年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn),它不僅具有石英玻璃的許多優(yōu)良性質(zhì),如熱膨脹系數(shù)小、熱穩(wěn)定性好、電絕緣性好、耐化學(xué)侵蝕性好,而且還具有一些石英玻璃制品所缺乏的性質(zhì)。如石英玻璃制品由于導(dǎo)熱性好,在使用時(shí)一旦發(fā)生失透(析晶)即損壞報(bào)廢,而石英陶瓷制品由于導(dǎo)熱性極差,在使用過程中即使表面發(fā)生析晶,其內(nèi)部析晶也很緩慢,制品仍可繼續(xù)使用。石英陶瓷還有一個(gè)較大的優(yōu)點(diǎn),就是在1100以下其強(qiáng)度隨著溫度的升高而大大增加,從室溫至1100攝氏度其強(qiáng)度可增加33%。
由于它具有上述許多優(yōu)良的性質(zhì),因此自問世以來,迅速在美國、日本、前蘇聯(lián)、法國等工業(yè)發(fā)達(dá)國家得到了推廣及應(yīng)用,其應(yīng)用領(lǐng)域也涉及到宇宙飛船、火箭、導(dǎo)彈、雷達(dá)、原子能、電子、鋼鐵、煉焦、有色金屬、玻璃等工業(yè)領(lǐng)域,是一種很有前途的新材料。由于熔融石英陶瓷具有上述優(yōu)異的性能及廣泛的用途,國內(nèi)外均投入較大的力量對熔融石英陶瓷進(jìn)行研究開發(fā)。目前,美國、法國、德國、日本等國家在熔融石英陶瓷的生產(chǎn)和應(yīng)用方面居世界領(lǐng)先水平。主要用途是作為耐火材料及中等溫度下的能抗拒溫度劇變的結(jié)構(gòu)材料使用。根據(jù)使用條件的不同,研制開發(fā)的石英陶瓷制品具有不同的性能特點(diǎn),既有高致密度、高強(qiáng)度的系列制品,也有低密度、高氣孔的隔熱保溫制品和泡沫石英制品。國外產(chǎn)品普遍具有較高的密度、強(qiáng)度和均勻性 。
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