一文了解下熔融石英陶瓷

图1.石英陶瓷空心辊via网络

一、什么是熔融石英陶瓷

熔融石英陶瓷也可称为石英玻璃陶瓷或熔融石英耐火材料，人们普遍称其为石英陶瓷，它是以熔融石英块或石英玻璃为原料，在经过粉碎、颗粒分级、球磨制浆、注浆成型以及烧成等一系列工序烧制而成的烧结体，对具有外观要求的产品还会经过冷加工来制得成品。

二、熔融石英陶瓷性能的优缺点

优点：

①线膨胀系数小，与石英玻璃相同或相近。具有很好的体积稳定性，采用熔融石英陶瓷砖砌筑耐火炉可做到不留膨胀缝隙。

②热震稳定性好，可在1300℃时与20℃的空气或水之间冷热循环35次左右仍旧保持不破裂，区别于石英玻璃只需数次冷热循环即遭破坏。

③同石英玻璃一样具有很好的化学稳定性，耐酸性能好。除HF及300℃以上的浓磷酸对其有侵蚀作用外，其它盐酸、硫酸、硝酸与其几乎毫无作用。

④在高温环境下粘度大，高温时的耐侵蚀冲刷性好，即使在2000℃时其粘度也比普通的玻璃熔体高100倍。

⑤抗折、抗压强度会随着温度的上升而大幅度增加，随着温度升高其塑性增加，脆性减小。

⑥电性质好，电阻大，其介电常数（3.0~3.5）与介电损失正切角（＜0.0004）随温度的变化都远低于刚玉和高温陶瓷，可作绝缘材料，也是雷达天线罩的优质材料。

缺点：

①存在体积密度低、显气孔率高、结构疏松、致密性和均匀性差等问题，由此导致其机械强度低，抗弯强度比氧化铝陶瓷低了几十倍。

②在高温下烧成或使用时容易发生析晶，由玻璃相转为晶相，这一性质就限制了烧成温度的提高，使其难以得到致密高强的制备，影响制品的使用性能。

三、熔融石英陶瓷的应用

石英陶瓷经过几十年的发展与改进，各项性能都有所提高，应用领域也从传统的耐火材料拓展到玻璃、冶金、原子能、航天、国防军工等领域（应用领域包含但不仅限于下列举例）：

①玻璃深加工

石英陶瓷辊目前已成为玻璃水平钢化炉中不可替代的关键部件，而国内外普遍采用的辊道式水平钢化玻璃炉来生产钢化玻璃。在玻璃水平钢化炉中，辊棒要在高温条件下传输还处于软化状态的玻璃，所以整个生产过程中对其的可耐受的高温强度、热震稳定性、尺寸精度、表面光洁度、耐磨性、是否对玻璃有有无污染等方面都具有非常严谨苛刻的要求，恰巧这些要求也符合石英陶瓷辊的性能特点。可以预见石英陶瓷辊在我国钢化玻璃产业发展中将具有较为广阔的市场前景。

②浮法玻璃工业

石英玻璃导热系数小、热膨胀系数小、热稳定性好以及不易沾附锡灰杂物的优点，可以提高玻璃的表面质量，所以许多大尺寸的石英玻璃制品广泛应用在浮法玻璃的生产中，例如闸板砖、盖板砖、胸墙砖、支撑砖、压缝砖等。

③冶金

在铸钢作业中，为有效防止连续性铸钢板坯纵裂所以必须采用浸入式水口保护法浇注，该法的缺点在于浸入式水口所处的条件非常恶劣，使用中浸入式水口的头部需要插入钢液和保护渣中，让水口内外同时处于高温受热状态，另一部分则充分暴露在空气中。由此对浸入式水口材料的材质要求严格，热稳定性好、导热率低、且能受钢水的冲刷和保护渣的腐蚀，石英陶瓷能同时满足这些要求，成为浸入式水口的首选材料之一。

④电工行业

石英陶瓷在常温或高温下都具有击穿电压高、介电常数低、损耗角正切低、热震稳定性好、导热率低、高温性能好等优点，在原子设备中性能稳定，是唯一能防中子辐射的材料，也是性能优异的电热绝缘体和光波反射体。在电工行业中，石英陶瓷被广泛用作气体放电室用绝缘罩、大功率电阻炉加热器炉体、导流加热器、热保护导流罩、灭弧罩、光量子发生器的光源器件、气体激光放电室元件及电加热元件等。

⑤国防军工

石英陶瓷的优异性能使其成为国防军工领域导弹用天线罩的主要候选材料之一。经过纤维增强改进后的石英陶瓷天线罩在电性能方面不仅不会受到影响，介电性能稳定，并且强度比原来还提高14%。石英陶瓷导弹天线罩可以满足雷达波透过、损失小和畸变小的要求，同时可以满足导弹气动外形、耐气动加热和结构强度等方面的要求。此外，因其具有很高的高温粘度，在2500℃以上高速穿过大气层时的损坏速度只有0.0025mm/s，所以石英陶瓷还可被用作航天飞行器的隔热材料和火箭发动机的喷嘴、头部及前室等部件。