石英陶瓷的应用现状及发展前景.doc

石英陶瓷的研究应用现状及发展前景 1 前言 石英陶瓷是一种新型高纯耐高温石英材料, 它既保留了石英玻璃的诸多优点[1], 又可采用陶瓷的一系列生产工艺。它是以熔融石英或石英玻璃为原料[2], 经破碎、成形、烧成等一系列工序制备而成的产品[3], 由美国Georgia 理工学院在20 世纪60 年代研制成功并于1963 年投入批量生产[4～5]。石英陶瓷具有导热性低、膨胀系数小、耐高温、热稳定性好, 以及与其他品种石英玻璃相比成本低等优点。石英陶瓷还有一个最大的优点, 就是在1100℃以下, 其强度随着温度的升高而大大增加, 从室温至1100℃, 其强度可增加33%[6]。由于具有上述许多优良的性质, 因此自问世以船、火箭[7]、导弹、雷达、原子能、电子、钢铁、炼焦、有色金属、玻璃等工业领域[8]。 2 石英陶瓷的应用 石英陶瓷目前已大量用于连续铸钢中的长型水口及浸入式水口砖, 浮法玻璃生产过程中的闸板砖及流槽, 器皿玻璃熔窑成形部之料碗、料盆、匀料筒, 特种玻璃熔化用的坩埚, 玻璃水平钢化炉用石英陶瓷, 以及铝生产中的氧化炉砖等冶金、化工、建材、国防及科研等部门。 2.1 玻璃生产中应用的石英陶瓷产品及其性能 石英陶瓷制品具有热震稳定性好、热膨胀系数小[9]、导热系数小、高温尺寸稳定、对玻璃无污染、容易制作异型、大件制品, 且可加工性能好等特性, 近年来被国外先进的浮法玻璃企业应用于热工设备的某些关键部位, 取得了明显的效果, 因而很快成为浮法玻璃行业的一种新兴材料。石英陶瓷在浮法玻璃上的应用主要有如下几方面: 2.1.1 石英陶瓷辊 目前国内的玻璃工业石英陶瓷辊主要用于水平钢化电炉辊道。该类型的石英陶瓷辊棒为实心圆柱体辊子, 两端装配有钢轴头, 而应用到浮法生产线过渡辊台以及退火窑辊道的该类辊棒为空心管状的辊子, 和目前应用的耐热钢辊子相似。我国石英陶瓷辊已由山东工业陶瓷研究设计院于1993 年研制成功, 填补了国内空白。设计好的石英陶瓷辊在安装时, 要用调心轴承, 轻放小心安装,使用时要先干燥, 将瓷辊水分充分烘干, 并且要保持其转动状态以防止变形[10～11]。石英陶瓷辊是推动有关行业技术进步的高技术产品, 在金属带材热处理炉中代替石墨辊和陶瓷涂层辊作为炉底辊使用, 可有效地解决氧化和结痂问题, 使用寿命延长8～12 倍, 且可提高热处理温度从而提高金属带材的档次和质量。在浮法玻璃退火窑中作为炉底辊使用, 可大大减少厚玻璃底部表面的缺陷数量, 使生产高质量薄玻璃时的氧化锡附着现象明显减少, 同时减少了玻璃底部表面的过冷却现象从而消除了应力裂纹, 对降低生产成本、提高产品质量和档次具有明显的作用。 2.1.2 石英陶瓷孔板和底托 在生产水平钢化玻璃时, 玻璃板在加热和冷却过程中依靠冷热燃气———空气垫支撑, 这种冷热气垫由流向玻璃底面的许多气流组成。为了构成热气垫, 使用由孔板和底托构成的装置。 2.1.3 石英陶瓷内浇口杯 内浇口杯是玻璃成形机最大最复杂的液滴内浇口陶瓷件。这种制品由于结构复杂、尺寸大而难以生产, 它具有不同直径的孔眼, 其外表面围有加厚带和筋骨, 造成了壳体厚度的明显差别。这种复杂结构的内浇口杯靠石膏模泥浆浇注成形[12]。 2.1.4 石英陶瓷导气喷嘴 它配置于不同的温度区: 1 400～1 410℃ , 1 445～1450℃, 1475～1480℃, 1500～1510℃, 使用期限在18 个月以上, 而耐火粘土喷嘴在相同的条件下使用还不足20天[13]。 2.1.5 石英陶瓷搅拌器 使用温度1400℃左右, 搅拌器同在X 射线扫描高锂玻璃熔窑上, 在1330℃的工作介质下的使用次数在35 周期以上, 而耐火粘土搅拌器仅为1 周期。 2.1.6 石英陶瓷柱塞 这种柱塞用于定量输供玻璃料, 使用温度1200℃左右, 使用寿命30～55 天。 2.1.7 石英陶瓷调节闸板 该产品用于调节玻璃料流, 使用期限为6～9 个月。另外, 广泛使用的还有各种规格的玻璃熔窑用石英陶瓷衬砖、风嘴、给料器衬件和装配球头、玻璃软化成形窑用浮雕阴模和成形板、热抛光玻璃生产用挡板、坩埚等。 2.2 在冶金工业中的应用及研究 熔融石英水口是我国连续铸钢用耐火材料的品种之一。赵旭光等对熔融石英浇注泥浆的颗粒级配和外加剂以及相应的配套工艺进行了系统的研究, 其效果十分显著, 产品的指标达到国外同类产品的先进水平。采用真空浸渍处理工艺, 在熔融石英水口的空隙内填充一些离子, 从而减少气孔, 有效增密, 提高了产品强度[14～15]。宋海峰等[16]对用于铝合金、镁合金等的低压铸造的石英陶瓷升液管的研究现状进行了论述, 指出石英陶瓷升液管具有非浸润性, 极好的抗铝合金、镁合金冲击性, 热震稳定性好, 高的耐金属熔体侵蚀性和良好的机械