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熔融石英介质陶瓷制备及性能研究文献综述

 2020-06-30 21:50:00  

熔融石英陶瓷是以熔融石英玻璃粉体为原料,采用传统陶瓷的粉末成型、烧结工艺制备出的非晶态产品【1】,它最早由佐治亚理工学院开发出来【2】。

熔融石英同时具备众多卓越的特性,具有极小的平均线热膨胀系数(20℃~1000℃为 5.4#215;10-7/℃)、密度(2.203 g/cm3)、介电损耗角正切值(小于 0.0004)、导热系数(0℃~1200℃约 2.09W/(m.K)),较大的高温粘度(20℃~1550℃时为 5#215;107 Pa#183;S)、硬度(8.8Gpa),极优的介电性能(介电常数 3.0~3.5,介电强度 250#8211;400k V/cm)、抗震稳定性(可耐 1500℃温差)、以及耐化学侵蚀性能(酸、卤素、金属液)、抗氧化性、抗磨性等【4,5】,能够经受复杂环境下多种负荷(热、电、磁、力)的作用,因此广泛应用于现代商用工业及国防工业的各个领域。

熔融石英陶瓷克服了传统玻璃生产工艺对大尺寸产品成型困难及熔制冷却过程中内应力不易消除的缺点,但是需要在高温下烧结,容易析出方石英相。

方石英在降温过程中不可避免地发生相转变,而造成很大的体积变化,使得熔融石英陶瓷容易开裂失效。

熔融石英粘度比普通玻璃大,熔制比较困难,在结构中可能保留大量未形成晶核的晶胚,即具有一定尺度的[Si O4] 有序区,俗称”芽”,会促进析晶【6,7】。

熔融石英的析晶过程就是有序区联合、长大的过程,同时也是过冷的高温熔体结构向低能稳定的晶态转变的过程。

有序区与无序区能量不同,体现在[Si O4]键长、键角不同,因此不少学者亦将析晶过程看成是硅氧四面体[Si O4]中 Si-O-Si 键的重排。

熔融石英比表面积越大,表面缺陷越多,越容易析晶。

将不同形态的熔融石英样品直接从室温放入到已加热到预定温度的高温炉内保温半小时后取出,分析析晶量发现:熔融石英块状在 1400℃开始析晶(析晶量约 1wt%),升高温度至 1450℃析晶稍有增多(析晶量约达 6%),约 1680℃析晶量达到最大值【8】;熔融石英粉末(粒径10μm)在 1350℃开始析晶,在 1400℃析晶量达到 26% ,在 1450℃析晶量达到最大值约 37%,而在 1500℃析晶量降至 27%【9,10】;熔融石英纤维由于高温拉制过程中的机械损伤,起始析晶温度低至 1250℃,在 1300℃析晶量达 10% ,在 1450℃时达最大值约 90%,在 1500℃时析晶量下降为 65%。

粒径 20nm 的熔融石英粉在1000℃就可大量转变为方石英。

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