2001年12月13日
背景
硅(SiO2）通常在自然界中以砂岩、硅砂或石英岩的形式出现。它是生产硅酸盐玻璃和陶瓷的起始原料。二氧化硅是地壳中最丰富的氧化物之一。亚博网站下载它可以以无定形(玻璃状二氧化硅)或各种晶体形式存在。通常它会以非结晶的氧化产物出现在硅或硅化合物的表面。
二氧化硅的结晶形式
硅有三种结晶形式;石英，三辉石，方石英每一种都有两种变化(高的和低的)
熔融石英
高纯度的二氧化硅，熔融二氧化硅(约为99.4-99.9%的SiO)2)是由碳弧、等离子弧、燃气连续挤压或碳电极熔合而成。熔断器主要用于电子工业(约占总市场的70%)，其良好的介电和绝缘性能得到了开发;虽然它也可用作耐火材料或用于熔模铸造。
关键属性
二氧化硅是一种IV族金属氧化物，具有良好的耐磨性、电绝缘性和高热稳定性。除氟化氢(HF)外，它不溶于所有的酸。
表1。石英和熔融二氧化硅的物理，机械，热和电性能。
| 材料 |
石英 |
熔融石英 |
| 密度(克/厘米3.） |
2.65 |
2．2 |
| 导热系数(Wm－1K) |
1．3 |
1．4 |
| 热膨胀系数。（10.－6K.－1） |
12.3 |
0.4 |
| 拉伸强度（MPa） |
55. |
110. |
| 抗压强度(MPa) |
2070 |
690 - 1380 |
| 泊松比 |
0.17 |
0.165 |
| 断裂韧性(MPa) |
- |
0.79 |
| 熔点(°C) |
1830 |
1830 |
| 弹性模量（GPA） |
70 |
73 |
| 热抗冲击性 |
优秀的 |
优秀的 |
| 介电常数(ε)* |
3.8 - -5.4 |
3．8 |
| 棕褐色（δx 104.）* |
3. |
|
| 损耗因子（ε''）* |
0.0015 |
|
| 介电场强度(kV/mm) * |
15.0 - -25.0 |
15.0 - -40.0 |
| 电阻率（ωm）* |
10.12.-10年16. |
> 1018. |
* 1 MHz 25°C的介电特性
表2。不同的硅晶体结构之间的差异。
| 阶段 |
密度(克/厘米3.） |
热膨胀（10－6K.－1） |
| 石英 |
2.65 |
12.3 |
| 鳞石英 |
2．3 |
21. |
| Cristobalite. |
2．2 |
10.3 |
应用程序
二氧化硅是一种相当广泛使用的陶瓷材料，它既是制造其他陶瓷产品的前驱体，也是一种本身的材料。
硅生产
大多数硅是作为铁合金生产的，要么是硅铁，要么是硅锰，只用于炼钢。硅作为铁合金，是炼钢中最重要的脱氧剂。半导体硅主要是由粗金属粉末与氢气和氯化氢的气体混合物在流化床中反应制成的。主要产品为氯化硅3.然后用氢气将其还原，然后沉积在加热到1150°C的预硅丝上。如果需要，还可以通过区域精炼进行进一步的净化。掺杂剂通常是在晶体生长之后加入的。
硅生产原料> 98.5-99％SIO2，<0.1％Fe2O.3.<0.15％Al2O.3.．
电子行业
电路板
熔融石英具有极好的介电和绝缘性能。由于这些原因，它被用作电子电路中环氧树脂的惰性、低膨胀填料材料。
半导体
半导体的导电性不如金属的导电性高;然而，它们有独特的电特性，使它们特别有用。这些材料的电学特性对杂质的存在非常敏感。亚博网站下载硅是一种固有的半导体，这意味着它的电行为是基于它固有的电子结构。硅半导体用于集成电路的应用。
压电材料
压电是一种材料的特性，在这种材料中，通过施加外力诱导极化，并在整个样品上建立电场。将外力(即从张力到压缩)的方向颠倒，就会使电场的方向颠倒。石英具有这种特性，因为它具有复杂的晶体结构，对称性较低。
诸如石英的压电材料用于换能器亚博网站下载，如留声机拾取器，超声波发生器，蜂鸣器，警报，应变计和炊具的点火器。
耐火材料亚博网站下载
二氧化硅具有相当低的热膨胀，相当高的熔点，并且耐蠕变使其成为良好的耐火材料。如果自行使用或用作合成其他耐火产品的原料，它往往用于酸性环境中。由于二氧化硅不溶于大部分酸性，它用作酸性环境中的耐火材料。二氧化硅被归类为酸耐火材料，因为它的表现在与碱反应的高温下的酸。其大部分应用都在玻璃行业。
玻璃耐火材料
二氧化硅是玻璃生产中用作耐火材料的一种重要材料。通常用于玻璃耐火材料的硅基本上有两种类型。第一种是结晶二氧化硅，它是由纯晶体石英组成的。这种材料被压碎、分级并压成砖。当加热到高温时，石英将转变为三辉石和方石英。在砖中，三钇矿往往是所有晶体形式的二氧化硅中最有利的，因为它具有光滑的，可预测的和低的热膨胀高达600°C。一旦超过这个温度，它的热膨胀几乎为零。这种类型的砖用于玻璃炉的熔炼顶，因为它们在操作温度下具有良好的抗蠕变性和机械强度。
在玻璃炉中，玻璃与耐火材料直接接触，使用熔融硅，因为它具有良好的抗热震能力，并且没有污染玻璃的风险。
耐火材料生产亚博网站下载
二氧化硅砂可以与拜耳氧化铝反应，形成合成莫来石耐火砖，用于炉衬里。莫来石赋予良好的耐火性并具有优异的抗蠕变性。莫来石可用于排出爆炸，铜烘焙和高炉的部分。通过硅砂与焦炭的反应产生高抗冲击耐火材料碳化硅。二氧化硅也用于通过融合铸造的AZ生产，它使用了玻璃工业。
沙
存在许多存在具有各种应用的砂岩。它们中的主要矿物阶段都是石英。它们分类为存在于存在的其他氧化物的水平及其各自的粒度分布。取决于涂抹砂的性质，进行各种治疗以产生所需的等级。
陶瓷沙子
陶瓷等级砂粒度小于75μm，硅含量大于97.5%，杂质Al <0.55%2O.3.和<0.2 FE2O.3.．用于生产釉料和陶瓷材料。亚博网站下载
铸造用砂
铸造用砂以小于75μm的粒度产生。它具有98％的二氧化硅含量，限制在氧化镁（MgO）和Lime（CaO）的量。在此额外的情况下，为制造耐火材料的制造产生耐火材料，其纯度略低（> 95％SiO亚博网站下载2）.
通量砂
通量砂用于炼铁和炼钢>90%SiO2．
建筑材料亚博网站下载
合并砂岩是相当有弹性的，这些砂岩有利于其在建筑业的使用。砂岩既被压碎，又用作骨料，或者如果它是美观的吸引力，它可以被切成建筑物（尺寸石头）的板坯。二氧化硅聚集体的使用是迄今为止在建筑业中最大的用途。
玻璃生产
二氧化硅用作玻璃生产的原料原料，与石灰和苏打混合，生产用于窗户、瓶子、罐子、灯泡和平板玻璃的家用玻璃。或者，它可以与氧化硼和苏打混合，以生产耐热玻璃，如耐热玻璃。高级熔融二氧化硅可单独用于需要高热稳定性和抗冲击的玻璃的生产，如美国宇航局航天飞机的窗户。
大多数家庭玻璃倾向于通过浮法玻璃的方法，即熔融玻璃带是通过一个液态锡浴在控制的气氛。英国的皮尔金顿兄弟首先开发了这种工艺用于玻璃生产。
熔模铸造
熔融二氧化硅用于耐火浇铸浆料中，在那里它涂覆待铸造的组分的蜡复制品。将耐火灰泥被烧制，熔融金属倒入模具中。最后，将熔融的二氧化硅壳被淘汰。熔融二氧化硅比其他耐火材料如氧化锆和铝硅酸盐使得突出阶段更容易。
填充材料
二氧化硅与特定粒度分布的磨削性有助于其用作填料材料以散装产物。二氧化硅通常用作油漆，塑料，橡胶，粘合剂，腻子和密封剂的填料。
硅灰
硅粉或微硅是生产硅金属或硅铁合金的副产品。硅灰最有益的用途之一是在混凝土中。由于其化学和物理性质，它是一种活性很强的火山灰。含有硅灰的混凝土具有很高的强度和耐久性。硅灰由无定形二氧化硅组成。每一个单独的硅灰颗粒都非常小，大约是1/100TH.水泥颗粒的大小。
二氧化硅烟气也用作耐火混凝土中的填料材料，其中其功能是改善产物的颗粒填充增加强度和减少孔隙率。
来源:Lucideon
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